當馬斯克宣布腦機接口夢邁入新階段，全球資本市場又為之一振。

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A股腦機接口概念股在本周連續三個交易日“狂飆”，多家公司披露股價異動公告，但公告依舊沒能阻擋住市場對腦機接口的熱烈追捧。

6月1日，腦機接口概念股繼續爆發，創新醫療、新智認知均5連板，冠昊生物、世紀華通、三博腦科等跟漲。

簡單來說，腦機接口（BCI）是一種直接在大腦與計算機之間建立通信的技術。它通過檢測大腦的信號（通常是電信號），并將這些信號轉化為電腦可以理解的指令，從而實現人腦對電腦或附著在其身體上機器/電子設備的直接控制。

而馬斯克宣布其公司Neuralink已獲得美國FDA（食品藥品監督管理局）批準，將開展首次人體臨床試時，業內認為是腦機接口邁向商業化應用的重要里程碑。

果殼網CEO姬十三激動評論道：這是腦機接口領域的一大步！碳基+硅基融合有望了，或許，5-10年內就能實現。

那么腦機接口未來的前景究竟如何？可以應用于哪些領域？現在又面臨著哪些挑戰呢？

什么是腦機接口

國信證券分析師張衡和夏妍曾在2022年的研報中詳細拆解過腦機接口的概念，研報指出，人的神經系統可以大致分為中樞神經系統（Central Nervous System，CNS）和外周神經系統（Peripheral Nervous System, PNS)。

通常情況下，腦中樞神經系統（CNS）的活動通過外周神經系統（PNS）連接身體的感覺、運動、語言等信息收發器官實現身體內部與外部環境的信息交互。

腦機接口（Brain-Computer Interface，BCI）狹義上是在大腦與外部環境之間建立一種全新的不依賴于外周神經（PNS）和肌肉的交流與控制通道，通過測量和采集中樞神經系統（CNS）活動，并將其直接轉譯為可被外界人工設備識別的信號或指令，從而實現大腦與外部設備的直接交流與控制（輸出式BCI）。

除了狹義上的輸出式BCI，廣義的BCI還包括輸入式BCI和交互式BCI：

其中，輸入式BCI主要由外部設備或機器繞過外周神經（PNS）或肌肉系統直接向大腦輸入電、磁、聲和光的刺激等或神經反饋，以調控中樞神經活動。

交互式BCI則是通過輸出式BCI和輸入式BCI由神經反饋構成交互式的閉環系統。

分析師指出，最初研究腦機接口的主要驅動力主要是將其運用于醫學領域，期望將其用作運動障礙患者的新型輔助技術。

而今，隨著人工智能的快速發展，腦機接口開始被用于探索，新型的人機交互方式（元宇宙）：例如直接通過思維來操作電腦或虛擬現實設備；打造“鋼鐵俠”一樣的超級人類。

腦機接口的主要技術

分析師指出，腦機接口的技術體系主要分為硬件層和軟件層。其中，硬件層包括腦電采集設備和外控設備：

腦電采集設備包括核心部件和器件、電極、芯片、電源和材料；

外控外聯設備包括機械臂、仿生手、無人機等。

而軟件層包括生物信號分析、核心算法、通信計算和安全隱私：

腦機理認知方面一定程度上也屬于軟件仿真和實現的重要方面。隨著對腦機理的不斷認知，采集獲取的數據量越來越龐大，未來將陸續面臨數據壓縮算法和存儲技術，以及高通量高速數據無線傳輸等方面的挑戰。

此外，基于腦電的信息認證及信息安全、隱私保護也將是軟件層重點研究和解決的問題。

腦機接口與醫療領域

先從腦機接口在醫療領域的應用來看，國信證券指出，主要應用場景包括：意識與認知障礙診療、精神疾病診療、感覺缺陷診療、癲癇和神經發育障礙診療。

在5月29日舉辦的“腦機接口創新發展論壇”中，中國科學院院士、世界神經外科聯盟（WFNS）執委趙繼宗介紹稱，目前無論在國內還是國際上，腦機接口在臨床中還處于試驗階段，尚未大面積在臨床上推廣應用，相關的試驗領域主要有以下幾個：

一是對意識障礙的病人，通過腦機接口技術來判斷其目前的昏迷程度，將來有沒有可能蘇醒，這是一個目前已經在做的工作。

二是關于脊髓損傷。大家都知道截癱的病人，不管是頸部還是胸腰段的，截癱以后四肢不能動或者雙下肢不能動，對于這部分病人已經成功地在損傷的階段放一個電刺激器，電刺激器發出信號以后，可以幫助病人恢復行走。

如何能夠通過腦來控制它，不是通過刺激器來控制是下一步的研究方向，如果能夠通過腦子來控制刺激器，這樣就能夠完成真正的腦脊髓接口。

三是在采集信號領域。病人本來是麻醉狀態，現在通過術中清醒把病人喚醒，就可以采集信號，比如運動狀態下5個手指在不同的區域，過去只是說這個手在哪，現在我們可以精確到每個手指在哪，這樣對將來的腦機接口電極放在什么部位可以提供一些技術上的支持。

腦機接口——元宇宙的入口？

國信證券指出，在娛樂領域，或許腦機接口是元宇宙的入口。

腦機接口在發展過程中正逐步與玩具、VR/AR結合，而這也構成了當前進入虛擬3D數字世界的主要方式：

通向“元宇宙”的8個關鍵特征，即Identity（身份）、Friends（朋友）、Immersiveness（沉浸感）、LowFriction（低延遲）、Variety（多樣性）、Anywhere（隨地）、Economy（經濟）、Civility（文明）

美國科技公司 Cognixion 在 2020年發布了基于腦機接口的 AR 頭顯，可在屏幕、游戲、電話、辦公影音等多個場景實現沉浸式體驗。

目前腦機接口游戲產品主要以評估專注力為主的初級游戲為主。游戲模式相對簡單，與移動游戲產業最初的“捕魚”“切水果”模式類似。

據上海市人工智能行業協會2021年發布的報告顯示，未來五年(2021年-2025年)全球范圍內廣義的腦機接口市場規模有望達到3300多億美元，主要應用于醫療、游戲娛樂和教育科技等領域；而以腦機接口設備為代表的狹義市場規模約為25億美元。

根據麥肯錫于2020年出具的研究報告，預計腦機接口相關市場規模在2030-2040期間可達700億-2000億美元。

腦機接口發展仍面臨諸多挑戰

不過，腦機接口產業技術十分復雜，距離現象級應用還面臨諸多困難。

首先，腦電信號采集方法有待改進。1）侵入式接口最大的挑戰是手術如何將對腦部的損傷降到最低，并且隨著植入時間延長，穿刺電極被炎癥細胞包裹，會導致信號缺失；2）非侵入式信號較差，腦電信號采集過程中，夾雜著不少干擾成分，如肌信號干擾等，因此設計抗干擾能力強的腦電信號采集設備等問題有待解決。

其次，軟件系統穩定性、自適應性較差，信號處理方式和信息轉換速度有待提升。如何改善信號處理方法使之系統化、通用化，從而快速、精確、有效地設計出實用腦機接口系統的問題也有待研究。

侵入式腦機接口對植入芯片的軟硬件要求較高。1）硬件設計開發上，植入芯片對集成工藝、微加工制造技術、測試技術、感應供電提出新要求；2）軟件系統上，植入芯片的軟件系統則對數字模塊架構和邏輯設計、建模、驅動 程序、信號放大、模數轉換、數據壓縮、編解碼提出較高的要求。

如何把信號精確地傳送到腦內相關技術有待探索。該技術的實現才意味著實質性的腦機互動、甚至實現腦腦互動。由于大腦對視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺等感知非常復雜，不是單一而是混合的，如何進行多模態感知的混合解析，并高效地編譯為腦可“讀”的“兼容數據”，這些技術挑戰仍需要有待探索。

海南博鰲醫療科技有限公司總經理鄧之東此前在接受媒體采訪時總結指出，腦機接口涉及設備、腦電采集、無線通信、信號處理、存儲介質、交互系統、芯片算法等諸多環節，芯片和算法是技術難點，腦信號的模擬和“寫入”機制尚不明確，交互設備尚未實現標準化量產，交互方法不成體系。

本文主要觀點來自國信證券分析師張衡（S0980517060002）等發表的研報《元宇宙系列深度研究：腦機接口現狀與未來》，有刪節

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