研究资讯 | 脑机接口研究系列之非侵入式领域发展瓶颈及建议

      非侵入式脑机接口，是相对于侵入式脑机接口而言，是指以局域场电位和脉冲作为大脑与机器交流中介，常用的非侵入式信号有头皮脑电、功能近红外光谱和功能核磁共振成像等，使得人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备建立直接连接通路，从而实现脑机交流功能的前沿脑科学之一。

      由于非侵入式脑机接口产业化发展历程短、速度快，因此在高速发展环境下逐渐暴露出不少问题，部分问题已经发展成为行业共性困扰，以下将列举三个典型问题进行抛砖引玉、以求共勉探讨：

问题一

关键技术难点：如何平衡保障大脑安全与数据高质量采集成为非侵入式脑机接口技术普遍存在的问题

       在关键技术上，非侵入式脑机接口技术通常会涉及到硬件技术与软件技术两大类。其中硬件技术通常会涉及脑电采集设备和外控设备等研发生产技术，重点包含关键元器件、电极、芯片、电源和材料等内容；而软件技术则会涉及到生物信号分析、核心算法、通信计算和安全隐私等技术领域。当前，在非侵入式脑机接口技术上，正普遍面临的技术难点在于如何在保证大脑不受损害的前提下，更加精准有效的捕捉和搜集到相关神经元信号，非侵入式脑机接口虽然不用将芯片植入大脑而有效保证了大脑的安全性问题，却会因为大脑颅骨的遮挡而导致信号衰减和电场分散模糊效应，使得信号分辨率降低，导致设备难以确定发出信号的脑区或相关放电的单个神经元，让信息失效或数据难以被机器精准掌控；关于该技术难点，相关非侵入式脑机接口领域专家已经在不断尝试着如何改进与完善。因此，对于脑机接口技术本身而言，未来如何通过其他更便捷、安全、高效的方式获取并解读大脑神经元信息，成为技术进步的关键。

问题二

应用市场不足：过度集中于生物医疗领域，其他领域市场潜力仍待挖掘

      在产业发展上，目前非侵入式脑机接口产业仍处于发展初期阶段，国内外企业总量规模仍然十分有限，并且龙头地位和关键性领先技术仍掌握在美欧等国际性企业居多，例如Facebook、谷歌、微软、Neuralink 等，早早布局于脑机接口领域。而在国内，随着我国十四五规划和2035年发展目标的确定，同样明确要大力发展人工智能与脑科学，在技术进步与政策环境优化的推动下，当下我国已涌现出一批具有前瞻性的优秀国内非侵入式脑机接口企业，例如柔灵科技、BrainCo强脑科技、博睿康、念通、术理等。

      在应用市场上，虽然在某种程度上侵入式脑机接口比非侵入式脑机接口会获得更广泛、更精准的脑信号，但是考虑到非侵入式技术产品的安全性高、成本低和可接受度高的特性，非侵入式脑机接口已经成为面向消费应用市场的主流，并且占据了86%以上的市场份额。而在具体应用领域中，非侵入式脑机接口通常会涉及到生物医疗、教育、娱乐、AR/VR、军事工程和智能生活等多领域，其中专注于生物医疗领域的脑机接口企业具有明显的规模优势，根据2020年数据，生物医疗领域占据了全部市场份额的38%，属于所有细分领域中规模最大的应用。

问题三

供应链配套问题：关键设备元器件重度依赖进口、高质量脑信号数据难以获得

       根据相关脑机接口企业重点反馈信息，目前我国脑机接口技术所依托的上下游供应链配套基本完备，虽然相关配套在国内基本完整，但是由于企业少、规模小、整体需求量不高，很多上下游供应用商并非脑机接口领域专用供应商，很多技术支撑或零配件设备支撑均是来源于厂商专业订制，短期内基本可以满足企业发展需求，但笔者认为长期来看不利于行业茁壮成长，部分有实力企业可以提前规划，针对相关领域作好长足战略布局。

       在整体供应链环节中比较突出的问题有两个，一是相关设备的关键元器件仍然依赖于进口，目前主要进口国家以美国、欧洲、日本等地区为主，然而因为疫情和多方政治因素的影响，目前许多企业正面临着断供的危机；二是高质量训练数据难以获得，主要表现为企业与医院临床协作的关系，首先医院出于患者隐私保护和数据安全等问题，在临床数据供应上存有顾虑，其次在数据标注上，由于医护工作人员精力有限等问题，难以抽出专业人员来整理数据和处理数据标注问题，使得企业在获得临床高质量标注数据上存在较大阻碍；最后在数据量上，企业显少有能力去整合所有医院数据，然而数据质量对企业产品发展而言有着不言而寓的重要作用，因此多数企业在数据集获取上表现出强烈的需求和期待解决这个问题的诉求。

行业发展建议

—— 政府推动、医院协同、赛道培育、技术创新、人才培育 ——

一、政府统筹推动行业生态构建

       政府在行业生态构建中往往起到提纲挈领的作用，同样对于脑机接口行业政府应重点关注以下三个方面：一是组织企业积极探讨如何突破关键技术难点，认真听取企业建议，并寻求解决方案；二是加快与院方沟通，就如何整理统筹临床数据探索解决方案，积极帮助行业获取高质量数据，加快行业发展速度；三是从产业发展角度完善政策鼓励措施，选取多个优势赛道率先培育，提升行业精准扶持效率，推动行业健康发展。

二、医院协同高质量数据发展

       作为非侵入式脑机接口数据重要来源渠道的医院，在行业发展中起到至关重要的协同作用，因为医院不仅是脑机接口企业的重要数据供应商，同时也是未来产品落地的重要场景合作方。因此如何与企业处理好数据问题，院方态度起到关键作用，建议院方抽取专业人员或团队，配合企业完善数据管理与标注工作，帮助行业成长；同时也可与企业积极探讨商业合作模式，逐步探索出可推广、可复制、共盈利、共进步的商业模式，形成行业示范效应，让更多医院和企业都乐于参与到生态发展中。

三、多赛道领域齐头并进

       据市场信息反馈，非侵入式脑机接口技术除了在生物医疗赛道有着广泛的应用前景，在娱乐、军事、教育行业同样拥有着广阔的市场空间，并且这些领域已处于快速萌芽阶段，各种新概念、新思路、新想法不断充溢着市场，呈现出满满的爆发力与增长空间。建议在产业培育上，以“边开发、边拓展”的思路，不断完善非侵入式脑机接口产业发展，扩大产业应用市场规模。

四、技术创新工作持续推进

       作为高新技术的脑机接口行业，技术进步是其赖以生存的动力之源。目前行业内还有很多尚待解决的技术问题，例如如何获取更高质量的脑信号、如何作好数据输出处理和解读工作、如何深度解读大脑工作原理等等。因此，加大研发投入、鼓励技术创新的工作仍然不能停。

五、加大复合型人才培养力度

       非侵入式脑机接口技术作为脑科学与人工智能技术深度融合的一项技术，对人才有着格外高的要求，不仅需要懂人工智能，还需要了解脑知识、神经科学甚至心理学等不同领域知识，根据应用场景的不同，所需要掌握的知识也是丰富多样，因此，企业普遍表示很难找到合适的人选，希望可以联合多方力量共同培育符合需求的复合型人才，初步建议从产学研用不同角度，选取合适机构多方参与，共同塑造符合市场需求的高素质复合型人才。

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