中金前沿科技系列：脑机接口从科幻到现实

来源：中金点睛

我们认为脑机接口是重要的前沿科技之一，短期非侵入式接口与AR/VR等技术相结合，可能成为键盘，鼠标，触摸屏之后下一代人机交互方式。长期来看，侵入式接口能够准确的捕捉大脑各个部位发出的信号，帮助伤残人士恢复对肢体的感知。未来甚至可能出现像阿凡达，X-Men等科幻电影中主人公那样通过脑机接口实现和机器人结合，打造超级人类。目前海外脑机接口技术领先的公司有NeuraLink，Kernel，BrainGate，CTRL-Labs和Neurable等，国内也能看到BrainCo和博睿康科技等创业公司以及浙大和北京脑科学与类脑研究中心等研究团队。

图表：脑机接口原理示意图

资料来源：中金公司研究部

图表：科幻电影里的脑机接口

资料来源：ResearchGate，KenResearch，PennToday，中金公司研究部

图表: 脑机接口发展历史

资料来源：Journal of   Neurology，ISHN，BrainGate，BrainCo，NeuraLink，浙江大学，中金公司研究部

非侵入式接口有望颠覆人机交互方式。

人机交互方式从最初的键盘+文字显示，到PC时代的键盘+鼠标+图形显示，智能手机时代的触摸屏，再到VR/AR时代利用各种传感器捕捉手势及眼部活动完成交互。脑机接口直接捕捉大脑各部位产生的电信号，将电信号处理后用于控制电子设备，具备信息种类多、反应速度快等优势。被Facebook收购的CTRL-Labs已经实现了捕捉肌电信号与脑电信号结合，并完成设备控制。目前，CTRL-Labs已经把该技术用于笔记本电脑控制，能够在不作出任何动作的情况下实现基础的鼠标、键盘操作。在并入Facebook的虚拟现实部门后，市场期望其能够把脑机接口技术与Oculus VR结合，优化用户体验并减少VR所需活动空间。此外，非侵入式接口还能够对用户进行神经反馈训练，强化某一频段脑电波达到增强反应目的。该技术已经被美国军方用来训练士兵的认知和决策能力[1]。未来如果能够将设备稳定性以及信号精准度等问题解决，我们认为非侵入式接口有望成为下一代人机交互方式。

图表: 人机交互发展路径

注：假设脑机接口在2025年能够监测200个电极位置；

资料来源：Columbia University，RATATYPE，2019年世界机器人大会，中金公司研究部

图表: Ctrl-labs腕带操作Chrome“跳跃的恐龙”游戏

资料来源：CTRL-Labs官网，中金公司研究部

图表: 美国DARPA运用脑机接口进行军事化测试

资料来源：CNDS，中金公司研究部

侵入式接口能够使伤残人士恢复感知，有望打造超级人类。

通过手术将电极植入大脑内部，实现高精准度信号监测，主要应用在医疗领域，能够帮助脊髓或四肢损伤患者控制义肢。2019年7月，Musk宣布其成立的NeuraLink已经研发出一套脑机接口解决方案，能够实现单个神经元监测，微创植入，提高信息传输带宽等功能，优势是1）减小创口面积，约为传统侵入式创口的1/20；2）高带宽，最多能够监测超过10,000个神经元，是Utah array的10倍以上。最终，NeuraLink希望实现人脑与AI设备自由交互，不受带宽限制。此外，我们预计未来脑机接口还有望被应用到更广阔的领域，甚至有望将非人类感知能力转变为人类感知能力，比如对于超声波的感知能力，以及感知磁场等能力，真正实现“硅基生物”和“碳基生物”融合，打造超强人类，让人脑进一步延伸发展。

图表: NeuraLink植入方式示意图

资料来源：NeuraLink官网，中金公司研究部

中国脑机接口企业现状：

国内在侵入式脑机接口较为领先的研究机构包括浙江大学和北京脑科学与类脑研究中心的团队。其中，2020年初，浙江大学附属医院完成了国内首例Utah array电极植入，帮助病人实现日常生活行动。另一方面，国内公司在非侵入式接口研究较为成熟，其中，BrainCo的专注力头环产品在2017年已经正式上市，并且已在全球多个国家推广。博睿康科技在2017年推出数字脑电图机和事件相关电位系统等设备，实现了脑电采集及分析等功能。

图表: 国内首例侵入式脑机接口临床实验

资料来源：浙江大学，中金公司研究部

图表: BrainCo主要产品，赋思头环Focus

资料来源：BrainCo官网，中金公司研究部

图表: Focus软硬件特点

资料来源：BrainCo官网，中金公司研究部