脑机接口科技前瞻，BCI脑机接口应用产业链跟踪：三博脑科、创新医疗、岩山科技……（2024年2月）

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脑机接口科技前瞻，BCI脑机接口应用产业链跟踪：三博脑科、创新医疗、岩山科技……（2024年2月）

并购优塾产业链研究

2024-02-28

导读：万万没想到

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脑机接口（brain-computer interface，BCI，又称大脑端口、脑机融合感知），其本质原理，是通过监测、分析和解读大脑产生的生物电信号，将其转换为机器能理解的指令，从而让人脑直接操纵外部设备。

1924年德国精神学家Hans Berger首次检测发现了脑电波，为大脑研究奠定了基础。其发现了脑电分析重要指标，即脑电图，与大脑不同状态相关的α波和β波。

脑机接口真正意义上的首个实验性应用，是在1969年。当时，科学家进行了脑机接口实验，将一只猴子的神经元与一个仪表盘连接起来，通过神经元反馈来控制仪表数值。

自此，脑机接口开始从科学研究，进入实际应用阶段。

图：脑机接口应用示意图
来源：长江研究所

脑机接口（BCI）技术的进化脉络，可以分为四大阶段：

一、早期探索阶段（20世纪60年代至80年代）——脑电图（EEG），是这一阶段的关键技术。科学家开始尝试从脑电图信号中提取信息，识别特定的脑波模式与特定思维或行为意图的关系。

这期间，科学家通过分析大脑皮层产生的事件相关电位（ERP），如P300等成分，实现基础的意念控制。

二、侵入式BCI阶段（20世纪90年代至21世纪初）——这期间，成功将电极直接植入动物大脑皮层以记录神经元活动，证明了BCI概念的可行性。

在这之后，逐步有了一些初期的临床试验，使用侵入式电极读取并解码个体神经元放电活动，帮助严重残疾患者控制外部设备。

三、非侵入式BCI技术（21世纪头十年）——这一阶段的关键技术，比如高分辨率脑电图（hdEEG）和功能近红外光谱成像（fNIRS），这些无创技术能够更准确地监测大脑区域的脑电活动及血流量变化，从而提升信号质量和控制精度。

同时，工程师们还设计出便携、易于使用的非侵入式脑机接口设备，使得更多应用场景成为可能。

四、多元化应用阶段（21世纪头十年至今）——随着神经网络和深度学习技术的进化，这一技术开始用于BCI中，显著提高了对复杂脑电信号的解析能力，使BCI系统能更精确地识别用户的思维意图并转化为实际操作指令。

此外，微创脑机接口也逐步发展起来。采用更安全、持久的微创植入技术，能够减少对脑组织的损伤和免疫反应，保持长期稳定传输高质量信号。

自此，BCI技术开始在医疗康复、娱乐、教育、VRAR等多个行业落地应用。

未来的行业进化，可能会沿着几个脉络进行：一是材料革新，研发更先进的生物相容性材料，用于制造长期稳定的植入式电极；二是多模态化，结合多种脑成像技术，如EEG、fMRI、MEG等，构建多模态BCI系统，提高信息获取维度和解读准确性。

医疗领域，会成为首先产业化突破的领域。比如，帮助残疾人恢复行动能力，比如让瘫痪患者控制假肢行走；治疗一些神经系统疾病，比如癫痫、帕金森病等等。

图：脑机接口产业链梳理，来源：长江研究所

脑机接口，这条产业链各环节，包括：

上游——零部件供应商，其中包括脑电采集设备、芯片、相关算法、外部嵌套。

中游——脑电采集平台、脑机接口设备；代表公司有佳禾智能、汤姆猫、中科信息等。

下游——应用领域，主要为医疗机构、科研机构、教育、娱乐、底层操作设备、军事国防等行业。数据显示，全球脑机接口下游应用领域占比较大的为医疗领域，占比62%。我国脑机接口行业正处于发展初期，行业内大部分企业规模较小。按注册资本来看，注册资本大于1亿元的仅强脑科技一家。

图：国内脑机接口竞争格局
来源：前瞻产业研究院

图：脑机接口下游可能的应用领域
来源：长江研究所

从产业链的参与者近期增长情况来看：

三博脑科——2023年前三季度收入为9.6亿元，同比增长15.71%；归母净利润0.72亿元，同比增长27.95%。

创新医疗——2023年前三季度收入为6.07亿元，同比增长12.32%；归母净利润-0.14亿元，同比下滑10.52%。2023年业绩预告，收入为8亿元至8.2亿元，归母净利润为-0.35亿元至-0.25亿元，同比增长110.56%-194.79%。

岩山科技——2023年前三季度收入为4.31亿元，同比下滑15.08%；归母净利润3.29亿元，同比增长1.19%。2023年业绩预告，归母净利润为3.17亿元至3.6亿元，同比增长50%-70%。

从机构一致预期增长和景气度来看：

图：机构一致预期增长和景气度情况
来源：并购优塾

—— 研讨会 ——

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（一）

脑机接口，分为单向和双向。在单向脑机接口的情况下，计算机或者接收脑传来的命令，发送信号到脑，但不能同时发送和接收信号，而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。

其实现的整个流程为：脑信号采集——脑信号处理与解码——通过接口传递给硬件设备——神经反馈。

1、脑信号采集：感知和测量大脑信号，获得足量的脑电数据，将信号传递给信号处理单元组件。

脑机接口就像一个读卡器，读取大脑硬盘信息。而电极就像读卡器的探头，读取大脑存储的信息。脑信号就像数据被传输过来。关于脑信号采集技术，经历了脑电图（EEG）、磁电图（MEG）、功能磁共振成像（fMRI）三大采集方法。fMRI具有更高的空间分辨率，能够提供大脑活动的图像。

21世纪以来，侵入式脑信号采集技术也取得了快速发展，近年来，科学家们开发出了柔性脑电极、微型脑电极阵列等新型脑电极，能够在提高采集分辨率的同时降低侵入性。

图：原理示意图
来源：量价时空

2、脑信号处理与解码：信号处理功能包括脑信号预处理、特征提取、模式识别，三个步骤。

脑信号预处理，旨在去除信号噪声以提升信号质量，提高信噪比。

特征提取，根据特定的BCI神经信号规律，采用时域、频域、空域方法或相结合的方法提取特征。模式识别通过采用先进的模式识别技术或机器学习算法训练分类模型，然后针对特定的用户特征，提取和解码模型。

简单来说，脑信号处理就像建造一个滤波器，可以滤除噪声，提取出我们想要的信息；脑信号解码就像音符识别器，可以将提取出的信息转换成我们能理解的指令。

3、控制接口：根据具体的通信或控制应用要求，控制接口把已解码的逻辑控制信号，转换为语义控制信号，并由语义控制信号转化为物理控制信号。

4、机器人等外设：与脑机接口通信或可控制的外部设备可以是多种多样的，视具体的应用而不同。可以是计算机系统（如字符输入、光标移动），也可以是机器系统（康复机器人、神经假肢、轮椅等）。

在3、4这两步中，控制接口就像桥梁，它可以将大脑的意图传递给外部，让用户通过意念控制外部设备；机器人外设则像大脑的一个“分身”可以让用户在现实中操控。

5、神经反馈：实现双向脑机交互的关键技术，其应用了条件反射和人脑可塑性通过神经反馈可以把用户的脑活动特征、解码结果以及与外设通信或控制的结果以视觉、听觉或触觉等方式可视化地反馈给用户，以调整用户的心理活动，从而调节用户的脑信号，ZUI终提升脑机交互的性能。

根据上述描述脑机接口工作的整个流程，脑机接口的技术体系可以分为硬件层和软件层。

图：软硬件涉及技术
来源：国信证券

图：脑机接口基本架构
来源：创业邦研究中心

硬件层，包括脑电采集设备（核心部件和器件如信号处理芯片、采集器、同步器、刺激器、解码器、传感器、通信传输模块；以及电极、电源、材料）和外控设备（机器人、轮椅、仿生手、头环、VR设备等）。

软件层，包括生物信号分析、核心算法、通信计算和安全隐私。

脑机接口产品落地的核心指标，可以总结为以下几个方面：

1. 性能指标

响应时间: 指从用户发出指令到脑机接口系统做出反应所需的时间。

识别正确率: 指脑机接口系统识别用户指令的准确率。

可输出指令数量: 指脑机接口系统能够支持的用户指令数量。

2. 可用性指标

易用性: 指脑机接口系统易于学习和使用，即使是普通人也能快速上手。

鲁棒性: 指脑机接口系统能够抵抗环境噪声和个体差异的影响，保持稳定性能。

安全性: 指脑机接口系统不会对用户造成伤害。

其中，响应时间、识别正确率、易用性、鲁棒性是核心指标。

由于目前脑机接口技术主要应用于医疗领域，因此，当前的脑机接口设备，按照外科手术标准，分为侵入式、非侵入式、半侵入式三种。其中：

比较而言，侵入式脑机接口的研发风险更大，技术要求与资金门槛更高，其主要包括犹他阵列电极、血管支架电极与柔性脑机接口，其中，柔性脑机接口有1024条通道，机器人自动植入。

从进展来看，当前柔性脑机接口的代表企业为Neuralink。2022年11月，马斯克宣布Neuralink已经向FDA提交了大部分文件，审核通过后约六个月内，将在人类身上植入首个Neuralink。此次获批人体临床实验的植入式设备N1体积仅为硬币大小，由电池供电，可进行无线充电。

图：信号采集技术分类
来源：国盛证券

（二）

了解完脑机接口的相关技术以及发展方向之后，我们来看本文三家代表公司的收入情况：

三博脑科——收入以医疗服务为主，目前在北京、重庆、昆明、福建和河南共运营了6家医院，其中神经专科医院4家，为北京三博、昆明三博、福建三博和河南三博，分别辐射全国、西南地区、东南地区和华中地区；综合性医院2家，为重庆三博江陵和重庆三博长安，就诊患者主要来自周边区域。公司主要诊疗项目、业务内容和开展主体如下：

图：业务内容
来源：公司半年报

2022年，医疗服务收入为8.11亿元，占比75.87%。

图：收入结构（单位：亿元）
来源：并购优塾

创新医疗——收入以医疗服务为主，拥有建华医院、康华医院、福恬医院和明珠医院四家医疗机构。其中，建华医院是三级甲等综合性医院，康华医院是二级甲等综合性医院，福恬医院是二级康复医院，明珠医院是二级甲等综合性医院。

2022年医疗服务收入7.08亿元，占比99.81%。

图：收入结构（单位：亿元）
来源：并购优塾

岩山科技——收入以互联网信息服务（PC端、移动端）业务为主，其中2345.com就是他们的代表产品。

其次，在人工智能领域的智能驾驶、类脑智能、AIGC垂直行业模型等新兴领域进行了布局。多元化投资业务则重点围绕人工智能、新能源、新材料、高端制造、半导体、通信等硬科技领域进行投资。报告期内，其通过基金间接投资的怡合达、东微半导、天岳先进、超卓航科、珠海冠宇、华大智造、商汤、微泰医疗等项目已成功IPO或处于申报IPO流程中。

2022年PC端业务收入3.07亿元，占比45.97%；移动端业务收入2.38亿元，占比35.67%。