脑机接口的产业应用实践将具有显著的社会效益，包括促进人民健康生活水平质量提升，推动医疗、康养产业数字化和智能化，推动前沿科技创新，以及助力经济发展。

日前，中国信通院发布《脑机接口总体愿景与关键技术研究报告（2022年）》，报告提出脑机接口行业的发展愿景——“脑智芯连，思行无碍”。其中，“脑”寓意为大脑和思维意图，“智”寓意为人工智能和类脑智能，“芯”寓意为以芯片为代表的外部设备，“连”有通讯、接口、协同三重含义。通过“脑智芯连”的科学融合，实现“思行无碍”的目标，即期待大脑及人类智能和外部设备相互连接后，人类的思想和行为控制之间，不再有疾病和空间的障碍；人类的能力得到显著增强，不再承受神经疾病带来的痛苦。

脑机接口技术基本路线和评价指标

脑机接口按照信号采集方式不同主要分为植入和非植入两种技术路线。

植入式脑机接口是有创方式，常见技术手段包括皮层脑电图、单个神经元的动作电位局部场电位，也有技术以介入为手段，以创伤性较小的方式将电极送入颅内血管来采集脑电信号。在医疗领域最有可能率先落地并带来市场收益的是神经替代、神经调控相关技术和产品。例如针对感觉和/或运动神经损伤人员（如瘫痪、失语和失明患者）做基本功能替代或功能重建，在国内外都已经进入科研临床阶段。此外，对记忆丧失、中重度抑郁、精神分裂、毒瘾戒断等病症来说，神经调控脑机接口技术比药物治疗更为精确高效。

非植入式脑机接口是采用无创方式，在头皮表面或附近采集大脑响应信号。常用技术手段包括脑电图、功能近红外光谱、脑磁图、功能核磁共振成像。可应用在更广泛的生活生产领域，包括康复训练、教育娱乐、智能生活、生产制造等。

报告提出，脑机接口系统应满足“准确、高效、稳定、易用和安全”五大需求，并从性能指标与可用性指标两个方面有效衡量脑机接口系统是否满足五大需求。性能指标主要体现在响应时间、识别正确率、可输出指令数量和菲茨吞吐量四个易量化指标；可用性指标主要体现在易用性、长效性、鲁棒性、安全性和互操作性五个指标。

三大场景及关键需求

脑机接口总体愿景的实现离不开核心关键技术的支撑，包括采集技术、刺激技术、范式编码技术、解码算法技术、外设技术和系统化技术。关键技术面向不同场景衍生出不同应用。当前主流应用场景分别是脑状态检测、神经调控和对外交互技术等。

场景一：脑状态检测

脑状态检测方面，主要包括脑功能评估与辅助诊断、脑纹识别、安全监控等场景。

脑机接口系统已逐步应用于脑功能评估与辅助诊断，例如使用脑电图来诊断许多与神经病学相关的疾病，包括癫痫、睡眠障碍、肿瘤、抑郁症、自闭症等疾病。

脑功能评估与辅助诊断-关键需求

准确方面，识别正确率是最关键的指标，通常需要达到 90%以上；

高效方面，脑功能评估与辅助诊断对系统的响应交互速度要求相对不高，大致有 15 分钟出结果即可；

稳定方面，脑疾病辅助诊断设备的需求不高，通常是在固定的使用环境应用，对外界干扰可以做一定的场地限制；

易用方面，脑疾病辅助诊断设备的需求相对较低，检测过程通常不会持续太久，且在临床环境使用，使用者对轻便的需求相对不明显，只要不对使用者造成明显负担即可。

此外，脑纹识别主要在身份验证、识别将在个人消费支付、军事设备控制上应用落地。安全监控则涉及危化品生产、施工作业、应急救援、冶炼生产等众多场景。

场景二：神经调控

神经调控技术利用植入性或非植入性技术，实现有创或无创神经调控。

有创神经调控方面，国外已经进入成熟商业化应用的领域包括癫痫、帕金森、强迫症等，正在探索中的疾病包括成瘾、抑郁、阿尔兹海默症等神经疾病。

有创神经调控-关键需求

准确方面，应用于医疗领域的神经调控设备产生的脉冲刺激有一定限制，对神经组织损失较小且可逆，同时神经调控具备短期和长期的两种作用机制，因此，对识别正确率未作苛刻要求；

高效方面，人机交互响应速度随病种而导致要求不同，例如癫痫等疾病对快速响应的要求较高，抑郁、帕金森等疾病，对快速响应交互性要求则相对较低；

稳定方面，采用微创或有创神经调控技术能够在一定程度上避免颅骨对采集和刺激信号造成衰减，因此在复杂环境下通常能够实现人机稳定交互以及快速应用体验；

易用方面，创植入正在朝向微创植入方向发展，从而减少手术创伤以及术后并发症几率。

无创神经调控可以在孤独症（又称自闭症）等神经发育疾病领域应用，基于神经反馈的数字疗法是自闭症领域技术发展的前沿和必然趋势 。

无创神经调控-关键需求

准确方面，需要以医疗级别脑电帽 90%以上的信号精度记录脑电波，以 85%以上的识别正确率解码社交脑的脑电生物学指标，并以符合患者学习风格的方式提供反馈；

高效方面，需要能够在 200Hz 以上的采样率、2000ms 以内的解码和反馈速度，以非人工的方式为患者提供有效的强化；

稳定方面，有实践表明，通过符合患者学习风格的方式构建交互方式，让超过 95%的患者坚持每周使用系统 3 次以上，总时长超过每周 3 小时则使用效果较好，且脑机接口系统与应用软件之间需要有稳定的短距离无线连接能力；

易用方面，应用软件需要具有互操作性，能适配多种主流操作系统、多款市面主流终端设备，操作需要降低门槛、降低专业知识门槛，让康复机构初级康复师、患者及家属均可快速入门使用。

场景三：对外交互

对外交互主要包括协助沟通，以及面向医疗康复的外设控制。

应用于沟通协同的脑机接口可为渐冻症、中风康复患者等失去语言交流功能的人员实现脑电打字系统，提高患者的生活质量。未来还可应用于人与人之间无声响、无肢体动作的隐秘交互。

沟通协同-关键需求

脑打字系统在准确方面，识别正确率指标是脑机打字系统的核心竞争力，通常脑机打字系统的正确率应高于95%才具有较好的实用效果；

高效方面，脑机打字系统优劣的重要指标之一就是响应时间，脑机打字系统的单次响应时间理想值在 0.5 秒~1.5 秒之间；

稳定方面，目前的脑机打字系统对抗干扰性能的要求并不迫切，但未来用于人与人之间隐秘交互方面则需具备较强的抗干扰稳定交互能力，且作为医疗器械，稳定使用时长最好在十年以上；

易用方面，轻便性要求相对较低，在脖子以上的非植入式系统配重不应大500g，最好小200g，同时最好能减少导电膏的使用；

准备时长方面，植入式需要手术花费一定时间，非植入式脑机打字系统目前需要10钟内完成装配准备调试，该时间越短越好；

人机协同训练时长方面，植入式与非植入式系统均希望采用“冷启动”的方式，即使用者可直接开展系统应用。

运动康复是脑机接口在中风领域研究最多的应用，用于神经康复的脑机接口系统仅需通过记录和解码患者进行特定心理任务产生的局部脑信号，就可以向外部康复设备传输指令。其主要目标是促进相关大脑区域的神经活动，并促进神经重塑。

面向医疗康复的外设控制-关键需求

准确方面，解码准确率是患者完成有效康复的基本保证，应尽量控制运动意图解码正确率不低于 85%；

高效方面，快速解码也是康复系统中不可缺少部分，从受试者开始进行脑活动到外部设备做出动作响应需尽量保持在3s以内，以提升患者的使用感及康复系统的实用价值；

稳定方面，康复类脑机系统需要具备一定的抗干扰能力及长期使用稳定特性；

易用方面，康复范式的设计也是关键环节之一，对于不同的运动损伤患者需要制定不同的康复范式，因此，需要对患者进行全面的临床和神经生理学评估，以全面分析和制定个性化的康复计划。

数字疗法走向应用，撬动数十万亿市场

报告指出，尽管当前脑机接口核心软硬件产品全球市场估算在十多亿美元，神经调控软硬件产品全球市场规模约百亿美元，但如满足报告所提出的愿景，则有助于推动神经系统疾病的数字疗法走向应用，届时则撬动达到数千乃至万亿规模的睡眠调控、消费娱乐、神经疾病治疗市场。基于此预测，神经重塑、神经替代、神经调控脑机接口技术将拥有数十万亿规模的市场空间。

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