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以脑机接口的基础理论及应用里程碑为标准,脑机接口的发展可以分为三个阶段:
(1)学术探索期(20世纪20年代–70年代)
1924年德国精神医学家Hans Berger首次检测发现了脑电波(Electroencephalogram,EEG),为大脑研究奠定了基础;同时在探索期还发现了脑电分析重要指标,即脑电图、与大脑不同状态相关的α波和β波。
(2)科学论证期(20世纪70年代–2000年)
1970年美国国防高级研究计划局(DARPA)开始组建团队研究脑机接口技术; 1973年出现首篇以“脑计算机通讯”命名(brain-computer communication)的论文; 1998年Emory大学的Philip Kennedy和Roy Bakay以侵入式脑机接口协助脑干中风患者控制电脑光标,布朗大学同年实现电脑芯片和人脑连接的BrainGate技术; 1999年和2002年两次脑机接口国际会议的召开为脑机接口技术的发展指明了方向。
(3)应用实验期(2000年–至今)
进入21世纪后,随着神经科学与相关技术的不断突破,脑机接口技术开始快速发展,脑机接口技术进入科学论证阶段。
2、行业现状
(1)脑机技术处于技术爆发期前期,潜在市场空间将逐步释放
目前脑机技术的发展仍处于早期阶段,市场将随技术发展稳步增长。21世纪以来,理解大脑的结构和功能成为重要课题,脑机应运成为资本市场重点关注的热门产业。近年来,多国陆续提出基于生物科学、信息科学的脑计划,促进了脑机市场的进一步增长。
(2)全球各国脑计划风起云涌,美国技术暂时领先
美国、日本、欧洲在脑机领域的布局相对较早,通过长期的资本注入以及技术积累,在全球脑机领域中占据领先地位。其中,美国的优势体现在技术深度和广度(如侵入式脑机接口)两个层面,是全球脑机技术领先者。
(3)现有企业主要集中在中美,互联网科技巨头纷纷介入脑机接口领域
从现有企业来看,目前全球提供脑机接口产品和业务的公司有两百余家,主要集中在美国和中国。在2014年以后,由于脑机接口技术成熟度提升,产品和服务广泛被市场接受,不断有新公司进入该领域,目前每年新增公司超过10家,明显高于2014年前水平。
全球脑机接口专利申请近些年加速增长,成果转化践行积极。2010年至2021年期间,脑机接口的有效发明和实用新型专利许可量达到一百余件,2015年开始许可活动逐渐活跃,年许可量接近10件,一定程度体现出技术逐步走出实验室,向产业应用落地。
互联网科技巨头纷纷介入脑机接口领域。谷歌、微软、Facebook等科技巨头也开始布局开发底层技术。2014年后阿里、百度、科大讯飞等公司以投资并购方式入局脑机接口领域,陆续推出各自人工智能脑计划。例如,科大讯飞研究课堂教学方法改进和效果评估;淘宝研究意念购物下单;游戏公司米哈游与大学合作打造结合脑机技术的“虚拟世界”游戏。
(4)我国已经形成覆盖基础层、技术层与应用层的脑机接口全产业链
在5月29日举办的2023中关村论坛的“脑机接口创新发展论坛”上,工信部总工程师介绍,在产业界共同努力下,我国已经形成覆盖基础层、技术层与应用层的脑机接口全产业链,并在医疗、教育、工业、娱乐等领域应用落地。工信部将把脑机接口作为培育未来产业发展的重要方向,加强脑机接口应用场景的探索,加速推动脑机接口产业蓬勃发展。
(5)国内布局非侵入式技术企业占比大
国内布局非侵入式技术企业占比大:2015-2022H1年国内脑机接口行业获得融资的企业共37家,其中仅4家 企业布局侵入式技术且获得融资,89%企业均采用非侵入技术切入脑机接口赛道。
脑机接口发展的驱动因素
1、智能的生活方式的追求以及老龄化问题驱动脑机产业发展
在我国老龄化趋势背景下,能应用于神经系统疾病治疗的脑机技术具有较大的潜在市场空间。我国正加速走向老龄化社会,老年脑疾病患者可占老年人总数的10%,而神经系统疾病患者多集中于老年群体,面对庞大的疾病人群,脑机接口正在脑疾病康复医疗领域发挥着不可替代的作用,医疗领域的脑机应用或将在我国迎来可观发展空间。
更加智能的生活方式有望带动脑机技术在智能生活和教育娱乐等新领域的发展。随着技术的发展、“智能化”已是社会生活方式的重要发展趋势。能提供更好人机交互体验的脑机技术在如元宇宙等新兴智能化生活方式中具有潜在应用空间。
2、政策驱动脑机接口发展
脑科学和类脑研究已成为我国国家战略。2016年我国启动中国脑计划——脑科学和类脑科学研究。在十四五规划和2035年远景目标纲要中,人工智能和脑科学为国家战略科技力量,规划中进一步指出需要加强原创性和引领性科技攻关,集中优势资源攻关科技前沿领域。我国脑计划分为两个方向:1)以探索大脑秘密并攻克大脑疾病为导向的脑科学研究;2)以建立并发展人工智能技术为导向的类脑研究。
具体研究框架为脑科学研究指明方向。2017年四部委联合印发《“十三五”国家基础研究专项规划》明确提出了脑与认知、脑机智能、脑的健康三个核心问题。目前的布局可用“一体两翼”来概括,即以研究脑认知的神经原理为“主体”,其中又以绘制脑功能联结图谱为重点,而研发脑重大疾病诊治新手段和脑机智能新技术为“两翼”。
地方也重视并出台脑科学和类脑科学的相关政策