
马斯克的Neuralink让猴子通过大脑控制写出"banana"等单词,中国的强脑科技用智能假肢让残障人士重获新生。脑机接口(Brain-Machine Interface,BMI)这一革命性技术,正在从实验室走向现实世界,引发全球科技界和投资界的狂热追捧。但在万亿级市场规模的诱惑下,脑机接口究竟是下一个风口,还是泡沫化的概念炒作?
概念之辩
什么是真正的脑机接口?
技术边界的模糊地带
市场上许多被冠以"脑机接口"名号的产品,严格来说并非真正意义上的脑机接口技术。以行业"独角兽"强脑科技为例,其核心产品智能假肢主要通过采集”肌肉电信号(肌电信号)”来实现控制。用户通过残肢上的肌肉活动来灵活控制假肢的五个手指。然而,根据学术定义,真正的脑机接口需要直接采集中枢神经信号进行分析和控制,而强脑的灵巧手仅利用了周围神经产生的肌电信号。这种概念上的"模糊化"在一定程度上源于资本市场的推动,为了迎合尤其是二级市场投资者需求,而创造出的营销术语。
技术分类全景图
真正的脑机接口技术可以分为以下几类:
侵入式脑机接口:
•需要通过手术将电极植入大脑
•主要应用于医学领域,解决大脑神经或肢体病变等医学问题
•用户群体极为小众,不适合消费电子领域
•能够提供高精度的信号读取,但安全性较低
非侵入式脑机接口:
•通过外部设备采集脑电信号,如电脑脑电图(EEG)
•更像监测仪表,仅能提供状态监测功能
•对用户治疗作用有限,场景需求较弱
•具有较高的安全性但精度较低
半侵入式脑机接口:
•在精准度和稳定性方面表现远超非侵入式设备
•已经展示出较为成熟的临床效果
•安全性和精度介于非侵入式和侵入式之间
产业现状
脑机接口企业生存图景
强脑科技:融资数亿美元独角兽的实力
产品结构分析:
•智能假肢: 包括机械手和假腿,售价区间为10万至25万元
•头环系列: 5-6个SKU型号,硬件价格从1000元至5000元不等
•脑机接口产品: 基于前额部位采集电信号,用于专注力、自闭症、睡眠和冥想等应用,但市场表现不佳
技术水平评估:调研显示,强脑在智能假肢领域已不再具有显著技术优势,其水平大致处于行业中等。仅国内就有20多家厂商具备类似技术能力。"量产超过10万台"的设备实际上基于基础的差分信号处理技术。
商业模式困境: 目前主要通过与政府机关及地方残联合作,为残障人士提供使用机会,费用方面通常由政府补贴承担。这种模式虽然能够获得政策支持,但可能难以形成可持续的商业化路径。
竞争格局
博睿康科技:
•专注临床医疗应用
•产品形态类似大型帽子,用于医院心理检查或治疗场景
•从最初的非侵入式脑接口转向了微创的侵入式脑接口技术
脑陆科技:
•倾向开发轻量型可穿戴设备,如发箍或运动头带
•希望用户能在日常生活中长时间佩戴
脑虎科技:
•聚焦侵入式方向
•创始人拥有生物材料相关专利,该材料可植入大脑并影响神经系统
品弛:
•专注于深脑刺激(DBS)技术,已经取得了显著的营收和市场发展
西安臻泰智能:
•在运动康复领域表现出色,产品定位明确,实用性强,并已积极推向市场
•核心产品为脑控下肢康复机器人,结合脑机接口、虚拟现实和机器人控制技术,已进入临床试验和小批量应用阶段。产品实用性强,已在多家三甲医院落地,康复效果良好,提升了患者运动功能及神经康复
核心技术挑战
技术层面的核心挑战:
1.标签准确性与算法精确性:算法模型需要基于准确的大量数据进行训练,但由于使用规模受限,可用数据量不足,使得算法精确性受到影响
2.数据采集方案限制:例如强脑科技采用头环形式,仅从前额或耳后少数位置采集信号,相比帽子形态的大范围多传导方案,其数据精细度可能有所折扣
3.物理原理制约:侵入式脑接口能够直接与大脑中的高频信号进行交互,而非侵入式脑接口受到颅骨的低通滤波作用,导致许多有意义的高频信号被滤掉
商业化挑战:
1.技术类型分化导致的市场定位模糊
2.对大脑理解不足:人类对大脑状态的认知仍然有限
3.产品定位模糊:非侵入式设备在医疗与消费电子之间角色模糊
技术前沿 - 侵入式脑机接口的突破性进展
运动控制领域的重大突破
当前侵入式脑机接口技术的进展主要体现在两个方面:运动控制和感知反馈的闭环系统,以及语言解码的脑机接口。
运动控制技术核心:技术的核心是在大脑的运动皮层植入芯片,用于采集神经信号并解码成控制外部设备的命令。例如,通过植入的芯片,用户可以控制机械臂进行抓握动作。为了提高控制的精确性和自然感,研究者们还在机械臂上安装了传感器,用于感知抓握力度,并通过电刺激的方式将这一感知反馈给大脑的感觉皮层,形成闭环系统。这种闭环系统能显著提升脑激活的控制效率。
语言解码的两大技术路径
在语言解码的脑机接口领域,有两个主要的研究进展:
第一种方法:想象手写解码- 通过想象手写字母的方式来解码语言,即被试想象如何书写字母,然后通过神经元的反应一致性来解码其想象中的语言
第二种方法:舌喉咽部肌肉运动解码 -解码了舌喉咽部肌肉运动产生的声音,通过重建这些声音的方式来进行语言解码。他们还开发了一个较大的模型,能够直接解码出语音和句子,并建立了一个包含数十个词的语速库,以此来提高解码率。
视觉重建的突破性进展
在视觉皮层领域,研究者通过外部设备对视觉皮层进行电刺激,使得全盲的病人能够感知到26个字母。在人工视觉重建方面,最前沿的研究是在猴子身上进行的,研究者在猴子的初级视觉皮层植入了1,024个通道的电极,使其能够感受到更精细的刺激,并区分不同的字母。
视觉皮层的空间拓扑不变性原理:视网膜上接收到的空间信息在传递至大脑皮层时,即使经历了拉伸、翻转或旋转等变换,其拓扑性质保持不变。这意味着如果两点在视网膜上是相邻的,那么在大脑皮层上这两点也是相邻的。
脊髓电刺激:让瘫痪者重新站立
技术原理:脊髓电刺激技术通过在脊髓损伤部位下方植入电极,利用电刺激的方式激活脊髓神经,从而使得高位截瘫患者的下肢得以控制和运动。
瑞士团队的重量级研究:瑞士的一个研究团队首先识别出患者脊髓损伤的具体位置,然后在未受损的脊髓部分植入电极。通过电刺激,患者能够控制下肢进行运动。该团队进一步通过大脑运动皮层的电极记录运动意图,并将其解码为腿部运动的三种类别,从而实现了更加精细的运动控制。这项技术的应用被认为是医学奇迹,是在2018年之前难以想象的成就。
市场现实
万亿赛道的真实图景
智能假肢市场的“现实”
市场规模的天然限制:
•中国残疾人口约8500万人,其中肢体残疾者约2472万,但实际智能假肢潜在用户可能在百万量级,需求群体略niche
•残障人士购买力普遍较低,大多数智能假肢作为高价产品(数十万人民币),多通过公益捐赠和政府补贴方式分发,且企业普遍联合慈善组织提供免费或低价服务
•长期断肢者由于肌肉萎缩,使用体验不佳,进一步限制了需求
价格与成本的矛盾:
•智能假肢对外售价约为十万元以上
•常规假肢价格一般仅为几千到数万元左右,基础款假肢多在几千至1-3万元之间,区别明显
•即便降低售价至数万元左右,以期望提高可负担性和普及率,但因残疾人经济条件限制及功能门槛,大幅度扩大用户群体具有挑战
接受度问题:仅25%-30%的用户愿意接受智能假肢类产品,一些消费者更倾向于装饰性假肢而非功能性智能假肢。
海外市场对比分析
成本优势:国内某些智能假肢公司声称其成本仅为海外竞品的1/10至1/8。海外市场中,冰岛和德国的两家公司在假肢技术路线方面与国内部分企业较为相似。
市场现实:然而,这些公司在海外市场化进程中并未取得显著成功,订单量相对有限,甚至不足国内同类企业销量的零头。
特殊场景的成功案例:国内某些厂商在俄罗斯等特定国际市场取得了一定成功。在俄罗斯,由于战争背景下政府采购用于军人康复,其年销售额可达数千万元。然而,这种成功更多是基于特殊场景,并不具有普遍性。
其他应用领域的商业化挑战
睡眠改善领域的技术瓶颈:
•产品整体效果有限
•一款主打睡眠分析和弱电刺激功能的设备,其睡眠分期算法准确率仅为75%-80%,远低于行业领先水平
教育与训练领域的商业化探索:
•在多动症领域,脑机接口设备被用于训练专注力,是目前最大的盈利来源之一。然而,这一应用常被诟病技术含量不足,仅依赖营销网络扩展业务
•自闭症干预的技术挑战: 尽管科研层面已有一些数据表明脑机接口技术可能具有一定效果,但尚未有企业能够成功将该技术商业化并广泛应用
Neuralink的颠覆性愿景
发展规划时间表:
•2025年第四季度:在言语皮层进行植入,目标是直接解码无声的"意图言语"
•2028年:电极数将超过2.5万个,能够触及更深层脑区,用于治疗精神类疾病、神经性疾病等,并开始探索与AI的深度融合,进而实现脑-机高带宽接口
终极愿景:Neuralink认为,2028年或许全体人类都有望跟AI互联,全部变成“机器人”。终极目标是构建"全脑接口",通过植入拥有数十万乃至数百万通道的设备,解决所有已知的神经系统疾病,甚至是释放人类大脑的全部潜能
技术进展与商业化路径:
技术发展阶段:在最初阶段,公司专注于技术的底层建设。Neuralink的核心挑战在于如何获取和解释大脑数据。他们开发了植入机器人和外部设备,能够进行大规模的数据植入和采集
临床试验进展:在2022年获得了FDA的认证,开始了临床实验。已经有7名患者成功植入芯片,涵盖脊髓损伤和肌萎缩侧索硬化症患者,并实现了较好的使用反馈;正开展多脑区植入和人工视觉重建相关研究
精神疾病治疗的突破性进展
在精神类疾病的治疗方面,脑机接口技术已经取得了突破性进展。例如,有患者患有长达二三十年的抑郁病史,并有两次自杀未遂经历。某实验室通过在大脑中植入电极,识别抑郁发作的关键区域,并确定了电刺激的靶点。通过闭环脑机接口技术方式调节,即只有在抑郁情绪出现时才进行电刺激,这种方法为患者带来了显著的治疗效果。
值得注意的是,这位患者在此之前已经尝试过所有的药物和心理治疗,包括开环电刺激,但都未能取得效果。
未来应用场景展望
侵入式脑机接口的临床应用前景:
•运动控制领域: 美国和中国均在人体试验中取得了显著进展,如帮助脊髓损伤患者恢复运动控制能力
•视觉重建: 因其刚性需求(如视力恢复)被认为可能较早实现临床突破,相关研究正深入推进
•人工耳蜗: 作为侵入式脑接口技术在国内的广泛应用案例,已成为神经科和耳鼻喉科的常规手术项目
非侵入式脑机接口的商业化路径:
•康复,尤其是运动康复领域:已经开始落地,并且有多家公司正在此领域进行开发,康复效果可提升显著
•睡眠监测: 具有巨大潜力的领域,睡眠不仅关系到个人健康,还与多种生理状况相关,市场潜力巨大
睡眠数据分析的商业价值
通过对个体的睡眠模式进行监测,可以预测个体未来可能出现的心理健康问题,例如焦虑和抑郁等心理疾病显著相关,睡眠监测数据可以为心理健康的早期预警和干预提供科学依据。这类预测与基因检测有相似之处,基因检测能够预测个体患某些疾病的概率,而睡眠检测则可能揭示个体在未来一段时间内情绪健康的风险。此类监测技术结合AI算法的个性化分析,可促进心理健康预防、疾病管理和治疗,推动国内公众心理健康水平的提升,具有较大商业潜力和社会价值。同时,需要关注睡眠数据隐私及技术伦理问题,确保数据安全与合规使用。