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全球脑机接口技术发展态势 2021
摘要
脑机接口技术(BCI)将人类大脑和外部设备直接相连,被认为是实现新一代人机交互和人机混合智能的颠覆性技术,拥有改变人类生活方式和社会秩序的能力,在国防、医疗、教育和娱乐等领域拥有巨大的应用潜力,已成为全球各国科技竞争的战略高地。 从脑机接口的发展历程来看,脑机接口技术已经初步形成,脑机接口在人脑控制机器、意念打字等方面飞速发展,并在医疗、游戏娱乐等领域出现了商业化应用产品,但是该技术仍处于萌芽期,预计达到技术成熟高峰所需要的时间为5-10年。 为大力推动神经科学、脑科学的发展,美、欧、日等国家(地区)先后启动“脑计划”,并取得了良好的科研成果。中国经历了充分的前期探索和准备工作,在“十三五”期间正式启动中国“脑计划”,“十四五”期间将根据“一体两翼”和五项布局重点推动脑机接口技术的发展。 脑机接口技术市场前景广阔,2019年全球BCI市场规模为13.6亿美元,预计2027年将达到38.5亿美元,年复合增长率为14.3%。从脑机接口技术类型来看,非侵入式技术占2019年全球BCI市场主要收入的82.4%,并主要分布在北美和欧洲市场。BCI市场最大的应用领域是医疗保健,其次为休闲娱乐、通信控制和智能家居领域。脑电信号采集(EEG)技术在脑信号捕捉方面具有显著优势,柔性非侵入电极是未来发展的主要方向,脑电信号采集设备正向着小型化和无线化发展。随着硬件性能不断提高,脑电设备向泛在互联发展。 全球脑机接口公司主要集中在医疗健康、教育、娱乐等几个领域,虽然部分脑机接口技术备受瞩目,但大部分公司仍处于早期的融资阶段,能够实现上市销售的产品较少。国内脑机接口企业大都在2015年及以后成立,以非侵入式技术路线为主。 全球脑机接口技术基础研究论文数量快速增长,美国在脑机接口领域发文量最多,被引频次也最高。中国虽然发文量大,但是被引频次和篇均被引都比较低。脑机接口领域发文量排名前25的机构中,图宾根大学以发文量230篇排在第一位,占总发文量的3.76%,尤其是图宾根大学的Birbaumer Niels发表了86篇论文,位居作者排名第一。脑机接口领域论文资助最多的机构是中国国家自然科学基金,其次是美国卫生部人类服务部。脑机接口领域论文的研究主题主要集中在脑电图、运动想象、P300视觉诱发电位、稳态视觉诱发电位、视觉事件相关电位等方面。新兴趋势得分最高的分别是大脑建模、特征提取、转移学习、卷积神经网络、深度学习等技术。 全球脑机接口专利申请数量自2006年以来迅速增长,其中脑机接口诊断测量、脑机接口设计、文字或图形识别等技术的专利布局最多。专利数量排名前五的国家/地区分别为中国、美国、韩国、日本和加拿大。我国的天津大学、西安交通大学华南理工大学等科研院所在专利数量排名靠前,美国的NeuroLutions公司和松下株式会社这两家企业也进入专利权人TOP20排名,并且这两家企业与其他专利权人进行了良好的合作,而我国专利权人的合作较少。全球脑机接口领域技术主要聚焦于机械臂控制、眼动设备、智能家居系统涉及、柔性电极植入等方面。 脑机接口技术作为新兴科技前沿领域,所涉及的学科仍有大量问题尚未解决。本报告从脑机接口发展面临的技术挑战、人文风险、社会风险、战争风险以及脑机接口技术对公安科技创新的影响进行了分析,并提出了应对公共安全问题的建议。
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