从脑机接口产业链来看，上游主要包含电极、算法、BCI 芯片等软硬件设备，中游为脑机接口相关企业及合作伙伴，下游为应用领域，多集中于科研设备和医疗健康领域。
1、上游设备：BCI 芯片和算法为核心技术壁垒
脑机接口为新兴行业，技术体系主要分为硬件层和软件层。许多企业制作的软件多出于自身硬件/设备需要，基本都属于自研自用，最后与硬件/设备一起输出为解决方案。硬件层包括脑电采集设备和外控设备。脑电采集设备包括核心部件和器件、电极、BIC 芯片、电源和材料；外控外联设备包括机械臂、仿生手、无人机等。软件层包括生物信号分析、核心算法、通信计算和安全隐私。脑机理认知方面一定程度上也属于软件仿真和实现的重要方面。随着对脑机理的不断认知，采集获取的数据量越来越庞大，未来将陆续面临数据压缩算法和存储技术，以及高通量高速数据无线传输等方面的挑战。此外，基于脑电的信息认证及信息安全、隐私保护也将是软件层重点研究和解决的问题。从上游来看，BCI 芯片和算法为核心技术壁垒。
（1）BCI 芯片
BCI 芯片涵盖模拟、数字、通信多种功能，中美角力高端芯片设计。目前 BCI 芯片主要有通用芯片和ASIC 两种方案，通用芯片通常使用 TIADS1299+ST32MCU+配套电源管理芯片+蓝牙/私有协议芯片等方案组成模组，而为了实现更高性能/更低功耗，特别是对于侵入式/半侵入式方案，需要研发定制ASIC 混合信号处理芯片。目前 Neuralink、复旦大学、布朗大学等，设计了自己的 ASIC 芯片。
BCI 芯片需要同时实现高集成度、低功耗、高稳定性，尤其是对于侵入式脑机接口而言，具有极高的设计和工艺门槛。1）BCI 芯片模拟电路设计挑战大，主要体现在 AFE 对噪声容忍度极低、ADC 的超高精度、多通道、低噪声；2）低功耗是脑机芯片的核心难点，其中电路模块单通道平均功耗在微瓦数量级，需要权衡功耗和引入噪声，此外高效的电源管理电路十分重要，包括无线能量传输等新技术的使用；3）无线传输成为未来 BCI 芯片的主流通信技术，目前主要使用的为蓝牙或私有协议通讯，对于高集成度、低功耗也有非常高的设计要求。
（2）算法
在信号处理环节中，特征提取和识别分类的主流方法是机器学习，目前业界正在尝试深度学习以期提高计算速度和分类正确率。两种方法各有所长且适用场合不同，无法相互替代。
无论是机器学习还是深度学习，算法模型的建立和训练都需要大量脑相关数据支持，当前算法模型的一大难点是底层数据采集不够，没有足够庞大的数据训练集来提升模型精度。增加底层数据收集是算法进步的关键点。从具体路径来看，可以通过与基层医疗机构合作收集基层患者脑相关数据，从而构建脑疾病病理数据库，利用增量数据实现算法的动态更新，不断提升脑疾病算法模型精度，增强疾病诊断能力。
2、下游应用场景：脑机接口技术市场应用广阔
脑机技术能提供多种功能，主要分为五类：监测、替代、改善/恢复、增强和补充。围绕上述五大功能，脑机接口有覆盖面较广的下游应用领域。医疗健康为脑机的主要应用场景，在未来扫清伦理、技术成熟度等障碍之后，将逐渐渗透娱乐、智能家居、军事和其他领域，成为人机交互的重要形式之一。
（1）医疗健康领域
脑机接口技术在医疗健康领域有广阔的应用前景，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，主要集中在“监测”“改善/恢复”“替代”和“增强”四种功能中。脑机接口技术可以直接实现大脑与外部设备的交互，跨越常规的大脑信息输出通路，在医疗健康领域应用场景广泛。同时，随着现代医学对大脑结构和功能的不断探索，人类已经对运动、视觉、听觉、语言等大脑功能区有了较为深入的研究，那么通过脑机接口设备获取这些大脑区域的信息并分析，在神经、精神系统疾病的体检诊断、筛查监护、治疗与康复领域拥有广泛的应用。
脑机接口在医疗健康的领域的具体应用包括：
肢体运动障碍诊疗：包括辅助性脑机与康复性脑机接口。辅助性脑机：接口通过脑机接口设备获取患者的运动意图，实现对假肢、外骨骼或轮椅等外部设备的控制。例如 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。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。
意识与认知障碍诊疗：通过脑机接口设备获取并分析“植物人”患者的脑电信号，掌握患者的意识状态，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。
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。
感觉缺陷诊疗：使患者自身的感觉信息被脑机接口设备解码，实现感觉恢复，目前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，未来可期。
癫痫和神经发育障碍诊疗：通过脑电输出和判断大脑的功能和疾病的信号，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。
（2）娱乐领域
在娱乐领域，脑机接口呈现出与玩具、VR/AR 结合的发展特征，出现脑控小车、脑控 VR/AR 等产品，还可以作为更加沉浸的“元宇宙”入口。美国科技公司 Cognixion 在 2020 年发布了基于脑机接口的 AR头显，可在屏幕、游戏、电话、办公影音等多个场景实现沉浸式体验。云睿智能（EEGSmart）开发出了基于脑机接口技术用一年操控的意念无人机 Udrone。
目前脑机接口游戏产品主要以评估专注力为主的初级游戏为主。游戏模式相对简单，与移动游戏产业最初的“捕鱼”“切水果”模式类似。
（3）教育、智能家居、汽车等领域
教育领域：脑机接口技术在教育领域的应用包括注意力监测、压力监测、教学设计、智能学习和记忆增强，甚至会颠覆现有教育模式。关于 BCI 对于教育行业的实验，根据数值表明，BCI 对于阅读障碍、多动症等儿童的治疗是有效的。同时清华大学心理学系和教育研究院联合团队研究发现，数学期末考试中可以记录到与学生数学焦虑特质显著相关的神经生理标志物，基于脑机接口技术和神经反馈技术，可以通过调控该神经生理标志物缓解和改善学生的数学焦虑。
其他领域：被动式脑机接口技术在应急管理部门、安防、电力、铁路、交通等行业也具有广阔应用前景。
其中疲劳监测是热点方向。澳大利亚的 SmartCap 公司生产的智能帽可实时采集驾驶员（尤其是采矿、物流、客运等专业司机）的脑电信号并分析，从而判断驾驶员的疲劳状态。
3、国外代表公司及研究机构
（1）Synchron
Synchron 是当前 BCI 领域领先企业，于 2021 年成为第一家从美国 FDA 获得临床研究性器械豁免（IDE）以进行永久植入 BCI 临床试验的公司。
公司产品 stentrodeTM通过微创脑机接口技术，在减少对大脑侵入和提高大脑信号的清晰程度中实现相对平衡，以帮助失去行动和说话能力的患者通过设备实现交流。
Synchron 的技术仍处于开发的早期阶段，公司未来的目标是缩小设备的尺寸，同时提高它们的计算能力，最终实现能够在每个患者大脑的不同部位放置大量的支架，让它们执行更多的功能。
（2）NeuraLink
2016 年，包括马斯克在内的共八位创始人推出了脑机接口（BCI）技术初创公司 NeuraLink。公司专注于高带宽侵入式脑机接口技术，致力于将大脑和网络相连通。
NeuraLink 开发了马斯克称之为“神经蕾丝”的柔性电极技术，在人脑中植入细小的电极，微米级的螺纹插入大脑控制运动的区域。每根线都包含许多电极，并将其连接到植入物。根据 2019 年 NeuraLink 首次对外公布的成果，这种接口系统由一组电子芯片和一些厚度只有 4 至 6 微米、宽度比人头发丝还细的丝线组成。整个系统包含 3072 个传感器，分布在大约 100 根柔性丝线上。
（3）MindMaze
MindMaze 创立于 2012 年，总部位于瑞士洛桑。公司致力于通过非侵入式脑机接口研究，加速人类恢复、学习和适应的能力。通过在神经科学、生物传感、工程、混合现实和人工智能等交叉领域的研究，公司提高神经系统疾病患者的康复潜力，并获得 FDA 批准和 CE 标志，致力于创建大脑健康的通用平台。
公司当前主要产品主要涉及：1）MindMotion Go：家庭神经系统康复平台；2）MindPod：通过动画游戏体验促进患者运动技能和认知功能的恢复；3）Elvira：一款具有 AR、VR、手部跟踪和神经传感器的混合现实头显。Elvira 利用其神经技术引擎，通过神经读数预测玩家的意图，并将其与跟踪的身体运动相协调以弥补虚拟世界和现实世界的差距，以增加游戏沉浸感。同时游戏中读取的生理指标有助于专注
健康的游戏和应用的开发，以促进放松和正念。
4、国内代表公司及研究机构
（1）BrainCo 强脑科技
BrainCo 于 2015 年创立，是哈佛创新实验室孵化的第一支华人团队。BrainCo 最先从教育领域切入，同时也涉足医疗及游戏领域，产品包括 Focus 专注力训练系统、智能仿生手、正念舒压等，其脑机接口AI 假肢成为《时代》杂志发布的 2019 年年度最佳创新产品之一。
目前公司产品主要涉及两个方面：1）BrainRobotic Hand（智能仿生手）；2）Focus Calm（专注力训练设备）。
（2）BrainUp 脑陆科技
脑陆科技成立于 2016 年 6 月，总部位于北京，是一家基于神经网络算法的脑机交互开放平台，专注于突破脑机接口底层技术，将脑机接口与人工智能技术结合应用落地，以实现其产业化。
公司当前主要产品为：1）可穿戴医疗级睡眠仪，通过粉噪音、白噪音等节律声波对神经实时调控，优化深度睡眠时长；2）BCI 智慧安全帽，在完成安全防护的同时，对人的精神不安全状况和生理状况进行监测，实时进行安全预警，提升安全管理。
5、未来全球脑机接口产业产生经济规模将达 700-2000 亿美金
根据中国电子技术标准化研究院的《脑机接口标准化白皮书 2021》，2019 年全球脑机接口市场规模约12 亿美元，预计 2027 年达 37 亿美元，CAGR15.5%。目前脑机接口主要以非侵入式为主，用于诊疗康复领域，其中医疗保健领域占比 62%，剩余为疾病治疗领域。脑机接口技术的发展将撬动医疗健康、教育、游戏甚至智能家居行业，麦肯锡《The Bio Revolution Report》预计未来 10 到 20 年，全球脑机接口产业产生经济规模达 700-2000 亿美金。
6、侵入式与非侵入式将长期并存
侵入式与非侵入式技术优缺各异无法相互替代，两项技术将长期并存、共同发展，直到技术成熟衍生出细分市场。
开发包括脑机接口在内的多种认识大脑的工具能够增强人对大脑的理解，从而推动脑科学进步；脑科学发展意味着人们对大脑的认识更全面、深刻，有助于开发更具针对性且性能更好的认识大脑工具，由此形成良性循环一同加速脑机接口技术成熟度提升，促进细分市场出现。
7、商业落地将以“康复医疗”作为行业标杆，并形成“1+N”百花齐放的产业新格局
当下脑机产业尚未成体系，企业、研究机构大多自给自足，场景覆盖面较窄。随着技术愈发成熟和资本的持续入场，目前在康复医疗已然成为主要市场，随着技术的推进和医疗商业化的奠基，有望推动脑机接口+N 个行业的深度结合
未来 10 年间是脑机接口高速发展的 10 年，全球多家脑机技术创业公司崛起，商业发展潜力巨大。创新技术将推动了市场应用的想象力，未来脑机接口不再单一出现，而是与商业生态系统共进退。以康复医疗为标杆，脑机接口将落实在多行业生态中。
