中国信通院：脑机接口总体愿景与关键技术研究报告（2022年）_55页_1mb

脑机接口总体愿景与关键技术研究报告总结

核心内容

本报告由中国信息通信研究院发布，旨在探讨脑机接口（BCI）技术的总体愿景、系统需求、关键技术及典型应用场景，推动其在医疗、消费、工业等领域的应用落地。报告提出“脑智芯连，思行无碍”作为行业发展总体愿景，强调通过脑科学、人工智能、信息通信等多学科融合，实现人脑与外部设备的高效、稳定、安全连接，提升人类生活质量与能力。

主要观点

• 脑机接口定义与分类：脑机接口是连接大脑与设备的信息交换通道，分为植入式（有创）和非植入式（无创）两种技术路线。植入式具备高时空分辨率，但存在机械失配问题；非植入式则更安全，但信号质量受环境干扰影响较大。
• 总体愿景：通过技术融合实现“脑智芯连，思行无碍”，即大脑与外部设备之间不再受限于疾病和空间，提升人类能力与生活质量。
• 五大需求：准确、高效、稳定、易用和安全，分别对应解码正确率、响应时间、系统稳定性、使用便捷性和信息与人身安全。

关键信息

一、脑机接口系统应满足的需求及关键指标

二、关键技术

1. 采集技术

• 植入式电极：采用柔性、高通量、集成化设计，如微丝电极、硅基电极和柔性电极，以减少机械失配和生物组织损伤。
• 非植入式电极：包括干电极、凝胶半干电极等，以提高便携性和使用舒适度。
• 芯片技术：发展微型化、高通量、低功耗的采集芯片，提升信号处理和解码能力。

2. 刺激技术

• 闭环脑深部电刺激（DBS）：通过感知模块实现对脑状态的实时调控，提升治疗效果。
• 非侵入式神经调控：如经颅磁刺激（TMS）、经颅电刺激（tDCS/tACS）等，用于改善神经疾病症状。

3. 范式编码技术

• 被动式范式：如运动想象（MI）、稳态视觉诱发电位（SSVEP）和P300范式，用于解码大脑意图。
• 主动式范式：强调与外部设备的交互，提升控制精度与用户体验。

4. 解码算法技术

• 卡尔曼滤波器：用于实时解码，但存在校准耗时和鲁棒性不足的问题。
• 类脑解码器：利用低维状态空间描述神经活动，提升系统鲁棒性。
• 神经学习：通过闭环训练实现“脑机双学习”，提升系统适应性和准确性。
• 深度学习算法：如CNN、RNN、LSTM等，用于提高解码性能。
• 迁移学习：解决跨被试和跨时间的解码性能下降问题，提升系统泛化能力。

三、典型应用场景案例

1. 脑状态检测：

   • 应用于脑功能评估与疾病辅助诊断（如癫痫、睡眠障碍、抑郁症等）。
   • 关键需求：高识别正确率、快速响应、稳定信号采集、便携设备。

2. 神经调控：

   • 用于改善神经疾病（如帕金森、癫痫、抑郁症、自闭症等）。
   • 关键需求：高信号精度、快速解码与反馈、稳定长期使用、易用性。

3. 对外交互：

   • 包括脑控打字系统、康复训练设备控制等。
   • 关键需求：高识别正确率、快速响应、长期稳定、便携易用性。

发展建议

1. 推动科研协同：建立科研资源共享机制，促进跨学科合作与知识创造。
2. 加强产业协同：成立脑机接口产业联盟，整合科研、产品、测试与临床资源。
3. 推动标准化与测试验证：制定相关标准，推动脑机接口产品的标准化与效能评估。
4. 加强科技伦理建设：建立伦理审查机制，保障数据与用户安全。

未来展望

• 技术展望：脑机接口将与人工智能、类脑计算等技术融合，推动基础研究与应用落地。
• 应用展望：在医疗康复、智能生活、安全生产等领域具有广泛应用前景，提升社会福祉。
• 市场展望：预计未来将形成数十万亿规模的市场，涵盖神经疾病治疗、消费娱乐、睡眠调控等多个领域。

产业前景

随着技术不断成熟，脑机接口将在全球范围内实现规模化应用，特别是在医疗、教育、智能生活等场景中，成为提升人类生活质量的重要工具。其发展将依赖于多学科协作、标准制定、伦理保障及产业联盟的推动。