全球脑机接口技术发展最新情况

脑机接口（Brain-computer interfaces，BCIs）指一类在大脑与计算机或其他外部设备间进行信息交互的媒介或设备，在医学、教育、娱乐和军事等领域拥有重要的应用前景。

脑机接口系统（以下简称“BCI系统”）主要由用户（大脑）、脑信号采集、脑信号处理与解码、控制接口、机器人等外设和神经反馈构成。其中，最核心的是脑信号采集、脑信号处理与解码、控制接口，它们是 BCI 系统的三个基本组成部分。

图1.BCI系统组成部分

脑机接口按照系统采集信号方式的不同，分为侵入式脑机接口和非侵入式脑机接口。侵入式脑机接口需采用神经外科手术方法将微电极阵列植入大脑，实时记录大脑神经群体活动信号，从神经信号中解码出活动意图，利用解码出的信号控制外设。非侵入式脑机接口通过头皮穿戴设备从头部表面记录大脑活动，无需手术和设备植入。比较具有代表性的技术有：经颅直流电刺激、经颅磁刺激和经颅超声刺激，这些经颅刺激手段较为安全，减少脑部手术风险，可用于治疗多种神经系统疾病，更可用于探索双向脑机接口和脑脑接口系统。

一、脑机接口的市场规模

当前，脑机接口已成为全球科技发展的热点，市场规模发展迅速。据统计，2023年全球脑机接口市场规模为23.5亿美元，预计从2025年到2030年将以18.15%的复合年增长率增长。整个市场中，以非侵入式技术路线的企业居多，且美国和中国是脑机接口企业的主要来源国。

二、脑机接口的投资情况

脑机接口领域的私人投资出现于21世纪初，2016年开始加速发展，并且在此后的几年中经历了多个超过一亿美元的大规模融资轮次。2021年迎来了投资巅峰，投资额约7.5亿美元，其中最大的一笔融资来自埃隆·马斯克（Elon Reeve Musk）创立的神经假体和神经植入物公司Neuralink，该公司在C轮融资中筹集了2.05亿美元。其他获得重大投资的初创公司还包括用户界面软件公司Petal，以及MindMaze和Ceribell这两家非侵入式可穿戴设备公司。脑机接口领域在经历2022年的轻微下滑后，在2023年再次接近2021年的融资纪录，这主要是由于Neuralink在D轮融资中获得了3.23亿美元的资金。

图2.全球脑机接口领域投资趋势（2015-2023年）

三、 脑机接口先锋企业和机构

1、Neuralink

     Neuralink是一家美国神经科技和脑机接口公司，成立于2016年，由伊隆·马斯克和八名其他联合创办者创办，负责研发植入式脑机界面技术。Neuralink一直专注于高带宽的侵入式脑机接口技术及其积极影响,旨在将大脑与网络相连通。

Neuralink开发的是全侵入式脑机接口设备N1，是一款硬币大小的，放置于颅顶的带芯片的电子设备。N1植入设备由电池供电，被密封在一个生物相容性外壳中，可以承受比人体恶劣几倍的生理条件。N1植入设备通过分布在64个线程上的1024个电极记录神经活动，将它们无线传输到Neuralink应用程序，该应用程序将数据流解码为动作和意图。

马斯克认为，脑机接口的本质是连线问题。Neuralink还研发“线”（thread）技术，这些线是非常细小的电线，约为五微米宽，比普通红细胞的直径略小。这些细线由Neuralink的手术机器人缝合至大脑中，类似于“缝纫机”的功能。并且，植入设备最多可连接1024根导线，同时能避免静脉与动脉的穿刺。

此外，Neuralink还推出实现芯片植入的手术机器人（Surgical Robot），机器人头部包含5个相机系统的光学元件和传感器，以及光学相干断层扫描（OCT）系统的光学元件。手术机器人能将比头发丝还细的线用针抓住、插入并且放入芯片中。

2024年1月，Neuralink宣布首次将芯片植入到了人类大脑之中，植入者恢复良好。初步结果显示，神经元尖峰检测很有希望。

图3.Neuralink全侵入式脑机接口设备N1

2、Synchron

Synchron成立于2012年，总部位于美国纽约。目前，Synchron正着力开发其脑机接口平台，该平台使用微创血管内手术（神经介入）的方式，将设备植入脑血管从而实现数据传入和传出大脑。Synchron的旗舰产品 Stentrode™是一种微创脑机接口，可用作治疗瘫痪的运动神经假体。它旨在将与尝试运动相关的想法转换为数字控制，使患者能够进行交流和访问互联网，从而实现他们的独立性并提高他们的生活质量。

Synchron的植入方式与其他侵入式脑机接口不同。其他植入式BCI方法包括钻入颅骨并将针电极直接放入脑组织，这可能导致长期的脑部炎症。Stentrode装置是通过血管在2小时微创手术中进入大脑，类似于在心脏中插入支架。该过程不需要机器人协助，可以在广泛可用的血管造影套件中进行。植入物完全内化，没有从头部或身体出来的电线。患者在植入后不久就开始在家中使用该设备，并且可以通过考虑移动他们的四肢来无线控制外部设备。该系统旨在通过启用短信、电子邮件、在线商务和访问远程医疗等日常任务来促进患者更好的沟通和功能独立。

Synchron于2021年7月获得了FDA批准，能够进行人体试验。作为Neuralink的主要竞争对手，该公司于2024年4月宣布正在着手准备大规模的人体脑植入试验，目前，该公司已为6名美国患者和4名澳大利亚患者植入了其脑机接口系统。同年7月，该公司宣布已成功将其脑机接口系统与苹果公司的 Vision Pro 头显设备连接，这一进展意味着使用其脑机接口技术的患者现在可以仅通过意念来控制这款先进的设备；该公司还利用 OpenAI的最新模型，为瘫痪患者构建一个全新的生成式聊天功能。

3、Blackrock Neurotech

Blackrock成立于2008年，由神经科学家及BCI领域的先驱Florian Solzbacher博士和Marcus Gerhardt创立，总部位于美国犹他州盐湖城，是全球领先的神经工程、神经假体和临床神经科学研究工具的供应商。2024年，该公司获得了加密货币公司Tether2亿美元的融资，Tether也成为了该公司的最大股东。

该公司借助创新的脑接口技术，帮助全球的瘫痪患者操作机械臂、操控轮椅、发送信息、上网冲浪，甚至仅凭思维驾驶汽车；其植入设备已展现出高达每分钟90字符的打字速度或每分钟62词的直接语音编码思维转文字通信能力。

Blackrock的BCI系统“MoveAgain”于2021年被美国FDA授予“突破性设备”称号，该设备利用植入大脑的阵列（电极），从大脑中的神经元活动中解码预期的运动。

4、BrainGate

      BrainGate是一个研究联盟，致力于侵入式脑机接口的研究,联盟由来自布朗大学、埃默里大学、马萨诸塞州总医院、斯坦福大学、加州大学戴维斯分校和弗吉尼亚州普罗维登斯医疗保健系统领先的神经学家、工程师、计算机科学家、神经外科医生、数学家等组成，专注于开发脑机接口技术，以恢复患有神经系统疾病、受伤或肢体丧失的人的沟通、行动和独立性。

BrainGate成立于2001年，前身是美国布朗大学孵化出的分拆公司Cyberkinetics,Inc.。美国布朗大学早在2004年研发了名为 BrainGate的脑机接口系统，通过植入成功地让一名中风瘫痪的妇女用机械臂喝了第一口咖啡。BrainGate的研究资金现在完全来自联邦和慈善机构。

BrainGate研究团队通过植入大脑的微电极阵列，研究发现与移动肢体的意图相关的神经信号可以被计算机实时“解码”，并用于操作外部设备。研究团队开发的BCI项目BrainGate2已经允许脊髓损伤、脑干中风和肌萎缩侧索硬化症患者仅仅通过思考自己瘫痪的手和手臂的运动就能控制电脑光标。

5、Neurolutions

NeuroLutions成立于2007年，位于美国密苏里，Neurolutions公司致力于开发一个革命性的平台，通过脑机接口技术去恢复瘫痪患者的肢体功能。该公司的旗舰产品“IpsiHand上肢康复系统（IpsiHand™）”于2021年获得了美国食品药品管理局FDA的批准，成为首个也是至今唯一获得FDA批准的非侵入式脑机接口商业解决方案。

Ipsihand机器人系统通过头套来连接脑神经，确定患者要移动手臂的想法，转换成信号传递给外骨骼，从而做出移动手臂的运动，该产品能够帮助中风或其他脑损伤后的患者恢复手部功能。

图4.NeuroLutions的IpsiHand上肢康复系统

四、 脑机接口技术趋势

1、脑机接口硬件向小型化、集成化和柔性化发展

未来，采集脑电信号的电极、芯片将向柔性、小型化、高通量和集成化方向发展。脑机接口读取和写入脑信号的精度将不断提高，从而能够实现更加准确的信息传输和更加精细的脑功能控制。如2024年9月，瑞士联邦理工学院（Swiss Federal Institute of Technology）开发出一款尺寸仅为2.46 mm2的微型脑机接口（MiBMI）；目前，Neuralink通信速度为每秒10比特，未来的目标是达到Megabit级别。

2、脑机接口软件和算法将与人工智能深度融合

软件与算法上，脑机接口技术将融合更先进的人工智能技术，实现更好的信号处理、特征提取和模式识别，从而提升系统的性能和智能化程度。2024年8月，脑机接口公司Synchron将自己的脑机接口设备与ChatGPT和Vision Pro相结合，给用户带来了新的使用体验。未来几年内，预计将在开发更安全的侵入式电极系统、提高神经编解码效率等方面取得更多突破。脑机接口设备还将采用先进的能源技术和高效的算法，以实现更高的能源效率和续航时间，从而确保长期运行和大规模部署。

3、脑机接口信号将实现双向交互

从信息流角度，目前的脑电信号主要是“从脑到机”的输出式BCI，未来将经历“由机到脑”、“由脑到脑”的输入式BCI以及双向交互式BCI，脑电信号在大脑和机器之间双向流动、双向交互，最终实现脑机融合智能。人们可能通过脑机接口的外接设备去体验一些仅靠人类天然感官无法体验的感知，如感知紫外光和红外光、超声波与次声波等，人的感知阈将极大扩增。未来，大脑与机器两者将互相适应、协同工作，最终实现在信息感知、信息处理、决策判断，甚至记忆、意图多个层次上的相互配合。 

参考连接：

1. 上观新闻.3.5亿元！申城企业获中国植入式脑机接口最大一笔融资[EB/OL].https://www.jfdaily.com/staticsg/res/html/web/newsDetail.html?id=858014.2025-02-11.

2. 肖松等.脑机接口技术发展现状及未来展望[J].科学与社会, 2024,14(3): 1-24.

3.Grand View Research. Brain Computer Interface Market Size & Trends[EB/OL].

https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/brain-computer-interfaces-market.2025-02-11.

4.国家高性能医疗器械创新中心. 盘点｜火爆的五家海外脑机接口公司[EB/OL].https://www.nmed.org.cn/Content/xwzx/cyfx/2021-11/146527_1.html.2025-02-11.

5.Neuralink.Redefining the Boundaries of Human Capabilities Requires Pioneers.[EB/OL].https://neuralink.com/.2025-02-11.

6.Sychron.A Radical Vision, Pushing the Boundaries of Possible [EB/OL].https://synchron.com/about-us.2025-02-11.

7.Blackrock Neurotech.Our Research Products[EB/OL].https://blackrockneurotech.com/products/.2025-02-11.

8.BrainGate.About Braingate[EB/OL].https://www.braingate.org/about-braingate/.2025-02-11.

9.Neurolutions.About Neurolutions[EB/OL].https://www.neurolutions.com/company/.2025-02-11.

10.国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心.脑机接口的监管现状[EB/OL].https://www.ydcmdei.org.cn/article/219.2025-02-11.