2025年全球脑机接口行业概述及应用领域调研报告

2025 年全球脑机接口行业概述及应用领域调研报告脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）作为一种革命性的技术，正逐渐从科幻设想走进现实，在医疗、娱乐、教育、工业等众多领域展现出巨大的应用潜力，成为全球科技创新的焦点之一，其核心在于在大脑与外部设备之间建立起直接的通信和控制通道，使大脑信号能够被解读并转化为指令，实现对外部设备的精准操控，或是让外部设备能够反过来对大脑活动施加影响。一、脑机接口行业概述​1、脑机接口的定义与原理​脑机接口又称为脑机交互，俗称 “脑控”，是指在生物（人或动物）大脑与外部设备或环境之间建立起一种新型的实时通讯与控制系统，从而实现脑与外部设备直接交互的技术，是一种可以让用户通过思想来控制特殊计算机设备的通信方式。其工作原理基于对大脑电信号的获取、处理和解析，以实现人脑与外部设备之间的直接通信。​大脑在进行各种活动时，神经元会产生电活动，这些电活动会形成微弱的脑电信号，脑机接口系统的首要任务便是获取这些信号。获取大脑活动电信号的方式多种多样，主要包括电生理方法和脑成像方法两大类。电生理方法中最常用的是脑电图（EEG） ，它具有操作简便、时域分辨率较高的优点，能够实时捕捉大脑电活动的变化，但空间分辨率相对较差，难以精确确定信号的来源位置。脑成像方法如功能磁共振成像（fMRI） ，具有较高的空间分辨率，可以清晰地显示大脑的结构和功能区域，但处理时间较长且成本较高，限制了其在实时性要求较高的脑机接口应用中的使用。​由于大脑信号在采集过程中容易受到噪声的干扰，因此需要进行信号预处理以确保信号质量。预处理的方法包括滤波、增强等，常见的滤波方法有低通滤波和带通滤波，这些方法能够去除高频噪声和伪迹等。在信号处理阶段还需要通过特征提取方法提取有用的特征，以提高信号的可辨识度和可靠性。信号解析环节则将预处理后的信号转换成计算机可以理解的形式，通常需要使用模式识别算法和机器学习方法。这些方法可以通过训练模型来识别不同的脑电模式或者脑电特征，从而实现脑机接口的应用。例如，可以利用机器学习算法将大脑信号与特定运动或意图进行关联，实现通过意念控制机器人、假肢或电子设备等的操作。通过上述三个主要环节，脑机接口实现了人脑与外部设备之间的直接通信，为医学治疗、人机交互和神经科学研究等领域带来了广阔的应用前景。 脑机接口工作原理示意图如下：​2、脑机接口的发展历程​根据北京研精毕智信息咨询调研，脑机接口的发展历程漫长而充满探索，从早期的理论构想逐步走向实际应用，每一个阶段都凝聚着众多科研人员的智慧与努力，推动着这一前沿技术不断向前迈进。其发展可以追溯到 19 世纪，1857 年，英国生理学家卡通（Caton）在兔脑和猴脑上记录到了脑电活动，并发表了《脑灰质电现象的研究》论文 ，这一发现为后续脑机接口的研究奠定了基础，揭开了人类探索大脑电信号奥秘的序幕。1872 年，贝克（Beck）再一次发表关于脑电波的论文，掀起了研究脑电现象的热潮 ，使得更多的科学家开始关注和投身于这一领域的研究。1924 年，德国精神病学家汉斯・贝格尔（Hans Berger）发现了脑电波，正式开启了脑机接口研究的大门 ，为后续的实验和技术发展提供了关键的理论支持。1963 年，英国拜登神经病学研究所医生格雷・沃特（Grey Walter）把病人的电极连接到了自己发明的 “电位转换器” 上，当病人看幻灯片，每次有换片的想法时，大脑运动皮层的电位就会升高，电位转换器就把这一信号传递给幻灯机，实现了自动换片 ，这是第一次成功的脑机接口实验，标志着脑机接口从理论走向实践的重要突破。1968 年，雯达・威尔威卡（Wanda Wyrwicka）和 M.B.斯特曼（M.B.Stenman）首次在神经生理学基础上进行了控制大脑信号的尝试，他们记录到猫的感觉运动节律，并将其转化为感官反馈 ，进一步拓展了脑机接口在神经生理学领域的研究。1973 年，美国加州大学洛杉矶分校的雅克・维达尔（Jacques Vidal）教授发布了首篇脑机接口研究论文，创造了 “脑机接口”（Brain-Computer Interface）这个术语，并搭建了世界上第一个脑机接口系统 ，为脑机接口技术的发展确立了明确的概念和研究方向，具有里程碑式的意义。​20 世纪 80 年代至 90 年代，脑机接口技术在基础研究和应用探索方面取得了一系列重要进展。1980 年，美国神经科学家乔戈普斯发现猴子脑内呈现的一群神经细胞的集体活动能控制其手的运动方向，为后来的脑机接口控制机器人假肢的研究奠定了理论基础。这一发现为脑机接口在医疗康复领域的应用提供了重要的理论依据，激发了科学家们进一步探索如何利用脑机接口技术帮助残障人士恢复运动功能的热情。1998 年，科研人员成功实现了让猴子通过脑电波控制机械臂的运动 ，这一实验的成功标志着脑机接口技术在控制外部设备方面取得了实质性的突破，为未来脑机接口在医疗、工业等领域的应用展示了广阔的前景。进入 21 世纪，随着计算机技术、神经科学、材料科学等多学科领域的迅猛发展，脑机接口技术迎来了快速发展的黄金时期。2004 年，美国的一名瘫痪患者马修・内格尔 (Matthew Nagle) 成为了第一个脑机接口植入者。这款接口使用的是一种被称为 “犹他” 的刺入式电极阵列，由 96 根硅质电极针组成。这些电极被放置在内格尔的运动皮层中，并通过头骨上的接口与外面的计算机相连。这一案例标志着脑机接口技术在人体应用上取得了重大突破，为瘫痪患者带来了重新恢复运动能力的希望。此后，全球范围内的科研团队在脑机接口技术的各个方面展开了深入研究，包括信号采集、处理、解析以及应用拓展等。2014 年，在巴西世界杯揭幕战上，截瘫青年朱利亚诺・平托就在脑机接口技术的辅助下为足球比赛开球 ，这一事件引起了全球媒体的广泛关注，使得脑机接口技术从科研领域走进了大众的视野，极大地提升了公众对这一前沿技术的认知度和关注度。2016 年，在神舟十一号载人飞船飞行过程中，我国航天员完成了首次太空脑机交互实验 ，这一实验的成功标志着脑机接口技术在航天领域的应用迈出了重要一步，为未来太空探索中实现更高效的人机交互提供了技术支持。近年来，国际上多个团队通过脑机接口技术，帮助患者实现了 “意念打字”“意念说话” 等功能 ，不断拓展着脑机接口技术在医疗康复领域的应用边界，为神经系统疾病患者和残障人士带来了更多的生活便利和希望。脑机接口技术发展历程重要事件时间轴如下：​时间​重要事件​1857 年​英国生理学家卡通在兔脑和猴脑上记录到脑电活动，发表《脑灰质电现象的研究》论文​1872 年​贝克发表关于脑电波的论文，掀起研究脑电现象热潮​1924 年​德国精神病学家汉斯・贝格尔发现脑电波​1963 年​格雷・沃特实现第一次成功的脑机接口实验（自动换片）​1968 年​雯达・威尔威卡和 M.B. 斯特曼记录猫的感觉运动节律并转化为感官反馈​1973 年​雅克・维达尔创造 “脑机接口” 术语，搭建第一个脑机接口系统​1980 年​美国神经科学家乔戈普斯发现猴子脑内神经细胞活动控制手的运动方向​1998 年​科研人员实现让猴子通过脑电波控制机械臂运动​2004 年​美国瘫痪患者马