脑机接口（英文全称为Brain-Computer Interface,BCI或Brain-Machine Interface,BMI）指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，从而实现脑与设备的信息交换。按照 BCI 信息的传送方向，分为狭义 BCI 和广义 BCI。

 

图 | 脑机接口环路示意图（来源：蛋壳研究院）

狭义 BCI 指输出式 BCI，在大脑（含人与动物脑）与外部设备之间建立直接的交流和控制通道，利用中枢神经系统产生的信号，在不依赖外周神经或肌肉的条件下，把用户或被试者的感知觉、认知、意念、思维等转化为外部设备的动作指令。

广义 BCI 除了输出式 BCI，还包含输入式 BCI 和双向闭环 BCI。输入式 BCI 主要指外部设备的向大脑输入电、磁、声、光的刺激，以调控大脑中枢神经活动。双向闭环 BCI 主要指大脑向外部设备输出通信或控制指令，外部设备在执行指令过程中把结果反馈给大脑，从而完成脑-机信号交互的闭环。

前几期我们重点介绍了脑机接口当下面临的挑战及机遇，本期我们为大家重点介绍脑机接口在医疗健康中的主要应用场景。

1脑机接口在医疗健康领域的概况分析

医疗健康领域是目前脑机接口最大的市场应用领域，也是增长最快的领域。脑机技术在医疗领域中的应用，主要围绕在短期内的“监测、改善/恢复、替代、增强”四个阶段。

 

图 | 脑机接口医疗应用分类与发展程度，来源：源起基金制作

监测是使用脑机接口系统监测部分人体意识状态，改善/恢复是针对康复领域，改善某种疾病的症状或恢复某种功能替代是系统的输出可以取代由于损伤或疾病而丧失的自然输出，增强主要是针对健康人而言，实现机能的提升和扩展。

监测和替代阶段主要采用非侵入式设备。通过监测设备接收到患者脑电波后更精准的判断病种类型，确认下一步的诊疗方案，临床试验病种多为癫痫、脑卒中等无法用其它监测技术所替代的疾病。神经性疾病分析需要方法论指导和大量数据支持，使用脑机技术监测脑疾病、精神疾病已成为常态化流程，大量病种案例和患者数据积累能够不断完善预测模型和诊断的方法论。

替代设备的功能是通过外部机械设备尽可能恢复残障人士的正常生活。面对消费领域有睡眠、疲劳、注意力监测等产品面向大众消费者，技术相对成熟且使用门槛不高，但是缺乏后续数据解决方案，产品可替代性高，目前还没有大规模消费的场景。

 

图 | 监测和康复替代设备生产企业

2脑机接口七大应用场景分析

脑机接口技术可以直接实现大脑与外部设备的交互，随着现代医学对运动、视觉、听觉、语言等大脑功能区更加深入的研究，通过脑机接口设备获取大脑区域的信息并分析，在神经精神系统疾病的诊断、筛查监护、治疗与康复领域拥有广泛应用。

01

肢体运动障碍诊疗

辅助性脑机接口：通过脑机接口设备获取患者运动意图，实现对假肢、外骨骼或轮椅等外部设备的控制。

2019 年 BrainCo 旗下的 BrainRobotics 可以直接与肢体残端的神经和肌肉对接，用户可以用自己的大脑来控制它。脑机接口底算法驱动脑神经与肌肉神经的重连。增加了脑机接口的算法再配套脑电数据信号收集器，驱动脑神经与肌肉神经的重连让患者能达成某些固定动作，促进脑机技术向“肢体随心而动”跨越。这也是区分普通机械臂厂家重要技术。

 

图 | BrainRobotics仿生手，来源：公开网络

但市场规模小，失去四肢的患者少且大部分无法支付假肢。据国家统计局2022 年推算肢体残疾人数为 2412 万人，占总残疾人数 29%，其中有 60%人群未装配假肢。且尚未纳入医保体系，患者普遍接受程度不高。

康复性脑机接口：由于中枢神经系统具备可塑性，经过脑机接口设备直接作用于大脑进行重复性反馈剌激，可以增强神经元突触之间的联系，实现修复。康复性 BCI 常与虚拟现实 VR 技术结合，创建 BCI 同步闭环康复系统，模拟产生三维空间的虚拟场景，并通过 VR 设备向用户进行视觉反馈。

02

意识与认知障碍诊疗

通过脑机接口设备获取并分析患者脑电信号，掌握患者意识状态，实现意识障碍诊断与评定，甚至与意识障碍患者实现交流。有助于医生判别患者是否有唤醒康复的可能，有针对性的采取治疗措施。

03

精神疾病诊疗

基于脑电信号的情感识别研究用于辅助抑郁症、焦虑症等精神类疾病发病机制的研究和治疗，瑞金医院已实现多位抑郁症患者的临床治疗。

 

来源：摄图网

04

感觉缺陷诊疗

患者的感觉信息被脑机接口设备解码，实现感觉恢复，该项技术已经在听觉、视觉、触觉等感觉缺陷诊疗中发挥积极作用。

05

癫痫和神经发育障碍诊疗

通过脑电输出和判断大脑功能和疾病的信号，以诱发患者功能区的响应，通过手术切除、热凝、激光损毁等技术实现改变和治疗大脑的癫痫网络，已经在临床成熟应用。

06

神经受损患者实现主动康复

实时检测患者脑电状态，通过训练调控大脑信号，影响皮质活动，从而使患者锻炼大脑神经，提高其功能性和连接性，实现患者意念控制下的主被动协同康复训练，打破了传统康复方式被动且单一的问题，显著提升康复治疗效果。臻泰智能“BCI+VR+医疗机器人”已用于运动恢复训练。

07

生理评估和调节

以保健和医疗康复为核心场景，借助外部刺激(音乐、VR 等)或直接检测并分析脑电，从而确定相关指标，对睡眠状态、注意力集中程度、反应程度、心理状况、成瘾状况等做出评估。完成评估并明确调节需求后，通过电刺激等直接手段(侵入式脑机接口)和音乐等间接手段(头环等非侵入式接口)刺激对应部位，实现调节治疗。

注意力集中程度监测，如强脑科技“FocusZen”头环，睡眠状态监测、压力水平检测，如 Muse2016 年已上市的冥想头环，脑部健康评估及脑病早筛方面，脑陆科技已将脑状况评估设备成本压缩至百万以下。

结语：源起基金表示，医疗健康领域是目前脑机接口最大的市场应用领域，也是增长最快的领域。在神经精神系统疾病的诊断、筛查监护、治疗与康复领域拥有广泛应用。脑机接口有望成为连接现实世界与数字世界重要入口。

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