脑机接口:新质生产力核心重点赛道,布局龙头梳理

翰棋说财经 2024-03-13 15:59:17

今年的政府工作报告将推动新质生产力的发展作为当前的首要任务。在医药领域,脑机接口技术正处于技术进步和市场应用的关键时期,得益于政策的大力支持,行业有望迎来加速发展。

目前,医疗健康领域是脑机接口技术的主要产业化方向。据中国信息通信研究院的统计数据显示,脑机接口产业下游相关企业数量已接近350家,明确的应用方向不少于30种。这些应用主要分为医疗和非医疗两大类,其中医疗企业占比达到56%,而消费、工业、教育等非医疗企业则占比44%。

麦肯锡咨询公司预测,仅在医疗领域,2030-2040年间脑机接口的全球潜在市场规模将达到惊人的400亿美元。其中,严肃医疗市场规模预计为150亿美元,消费医疗市场规模则将达到250亿美元,年复合增长率预计将超过10%。

随着脑机接口技术、人工智能、生物医学工程、神经工程与康复工程以及认知神经科学与心理科学等领域的不断发展,脑机接口技术的内涵和外延正在日益丰富,其分类方法也在不断变化和发展,脑机接口技术将在未来发挥更加广泛和重要的作用。

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脑机接口行业概览

脑机接口(BCI,即Brain-Computer Interface)是一种革命性的技术,它打破了传统的人机交互界限,实现了大脑与外部设备的直接通信。

通过电极捕捉大脑产生的电信号,这些微弱的信号随后被BCI微控制器精确捕捉并处理,以剔除由外部环境或设备本身所产生的干扰和噪声。

借助人工神经网络的强大分析能力,系统能够准确识别出大脑意图对应的指令。一旦指令被识别,它们便被迅速传输至外部设备,这些设备依据预先编程的算法作出响应,从而实现了人脑对外部世界的直接控制。

脑机接口技术构建了一座桥梁,将人类的大脑与计算机、外部设备等智能系统紧密相连。它能够将大脑中的思维活动转化为计算机能够理解的指令语言,进而操控和交互各种机器设备。

从系统构成来看,脑机接口包括七大核心组件:大脑、脑信号采集装置、信号预处理模块、信号解析器、控制接口、外部控制设备以及神经反馈机制。

这些组件共同构成了一个完整的闭环系统,确保信息在大脑与外部设备之间高效、准确地传递。外部设备可以是多种多样的,从日常的笔记本电脑、用于治疗目的的脑起搏器,到辅助生活的轮椅、假肢等,都可以通过脑机接口实现人脑的直接控制。

脑机接口系统框架:

脑机接口技术根据信息流向的不同,可以分为脑状态检测、神经调控和对外交互三大类应用场景。

在脑状态检测中,信息主要从大脑流向外部设备,用于监测大脑的活动状态;在神经调控中,信息则从外部设备流向大脑,用于调节大脑的功能状态;而对外交互则实现了信息的双向流动,既可以从大脑向外部设备发送指令,也可以从外部设备向大脑提供反馈。

这些应用场景都围绕着信息的利用、交互和反馈来展开,以满足不同场景下的需求。

脑机接口技术能够连接人脑信号与外部设备或计算机系统,根据技术路线的不同,可以分为侵入式、半侵入式和非侵入式三种类型。

其中,非侵入式技术路线由于涉及的应用场景广泛且风险较低,已经率先实现了商业化应用。

而侵入式技术路线则更多地应用于严肃康复医疗领域,如Neuralink、Synchron和Paradromics等公司的临床试验进展有望成为该领域的重要催化剂。

在医疗健康领域,脑机接口技术的发展尤为突出,吸引了众多企业的参与和投入。

其中,运动功能恢复和增强是脑机接口在医疗领域的应用热点之一,近40家厂商致力于此方向的研究和开发。

这些厂商主要集中在加拿大、奥地利、美国、日本、英国和中国等国家,其中绝大多数厂商选择非植入式技术进行研发,仅有少数几家厂商涉足植入式技术。

这种趋势表明,非植入式技术在运动功能恢复和增强方面具有更好的产业基础和更广泛的应用前景。

脑机接口产业链梳理

脑机接口产业链已逐渐发展成熟,形成了一条清晰完整的产业链条。这条产业链主要包含了上游的原材料和器件供应商、中游的设备制造商以及下游的应用服务提供商三大关键环节。

脑机接口产业链图示:

资料来源:行行查

上游环节,原材料供应商为脑机接口领域提供着至关重要的生物医学材料和电子材料等基础原材料。同时,器件制造商则负责生产脑机接口所需的各种硬件设备,如电极、芯片等,这些设备是脑机接口系统不可或缺的组成部分。

中游环节的设备制造商则扮演着整合者的角色,将上游提供的各种硬件设备和软件系统进行有机的整合,打造出完整、稳定的脑机接口系统。

下游环节的应用服务提供商则面向终端用户,将脑机接口技术广泛应用于医疗、康复、教育、娱乐等各个领域。

整体而言,脑机接口作为极具潜力的新兴市场,有望为电极、芯片、手术机器人、脑电采集与分析设备等关键产业链环节带来巨大的发展空间。

脑机接口市场竞争格局和龙头梳理

从全球市场竞争格局来看,美国和中国在脑机接口领域的企业数量最多,处于全球领先地位。全球范围内,脑机接口相关企业遍布40余个国家,其中美国和中国的企业数量均已超过百家,稳居全球第一梯队。加拿大、英国和以色列等国家的企业数量则处于第二梯队,数量均超过20家。

尽管当前仅有3款产品获得批准进入人体临床试验阶段,但脑机接口技术的市场前景广阔。近年来,随着脑机接口、骨科手术机器人等创新医疗器械的不断涌现,其应用场景也在不断拓展,覆盖了更广泛的疾病和患者人群。

2023年,马斯克旗下脑机接口公司Neuralink宣布成功完成了首例人类大脑植入手术,并取得了良好效果。

Neuralink公司自2015年创立以来,一直致力于植入式脑机接口的研究。2016年,该公司被马斯克收购后,主要研发方向转向将人工智能植入人类大脑皮层的脑机接口技术。2020年,Neuralink成功将直径为23mm的芯片GETTHG A LHK(Link V0.9)植入猪脑,并实现了神经信号的读取与写入。2021年,该公司发布了最新研究成果,展示了植入大脑芯片的猴子通过意念玩游戏的场景。2023年5月,Neuralink获得了美国食品和药物管理局(FDA)的首次人体临床试验批准。

在此之前,我国首都医科大学宣武医院的赵国光教授团队与清华大学医学院的洪波教授团队也共同完成了首例微创脑机接口临床试验。这项手术是全球首例采用植入式硬膜外电极脑机接口技术辅助治疗因颈髓损伤导致的四肢截瘫患者行为能力的手术,并已取得了突破性的进展。

国内的相关公司在脑机接口技术的部分环节已经取得了显著突破,相关的医疗产品也已经进入了临床验证阶段。

近年来,国内相关厂商在加紧布局脑机接口领域,相关厂商还包括三博脑科、创新医疗、翔宇医疗、怡亚通、世纪华通、盈趣科技、博济医药、汤姆猫、中科信息、佳禾智能、南京熊猫等。

随着技术的不断进步,未来脑机接口的应用范围有望从医疗领域逐步拓展到非医疗领域,行业应用空间广阔有望迎来高速发展。

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