前言导读
脑机接口（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，实现脑与设备的信息交换。脑机接口是一种测量中枢神经系统活动并将其转换为替代、恢复、增强、 补充或改善自然中枢神经系统输出的系统，以改变中枢神经系统与其外部/内部 环境正在进行的交互。
BCI 一直是研究人员感兴趣的领域。最近，它已成为一个迷人的科学探究领域，并已成为证明大脑与技术之间直接联系的可能手段。许多研发项目都贯彻了这一理念，也成为科学探究中发展最快的领域之一。脑机接口的研究可以追溯至二十世纪七十年代，经过近五十年的研究，脑机接口技术的发展经历了三个阶段，目前，脑机接口技术正处于第三个阶段——技术爆发阶段。
根据Value Reports的报告，2027年，全球脑机接口的市场规模约230亿人民币，年复合增长率约13%。据臻泰智能介绍，尽管我国脑机接口纯设备的市场规模不足百亿人民币，但在使用场景中与具体产业（如老龄化、心理疾病等）的结合具有明显的放大效应，未来可能达到千亿规模。
技术根源
毫无疑问的，对于脑机接口而言，其技术根源还是在于“大脑”。
对于我们人类而言，众所周知的，大脑中有 860 亿个神经元，神经元用于发送和接收信息。尽管神经元有许多不同的类型，但它们通常由三部分组成：接收信号的树突、计算信号的细胞体和发出信号的轴突。
神经元通过突触连接，大脑的神经元通过称为突触的轴突-树突相互连接以发送和接收信号，比如饥饿信号或者是能量补给信号，神经元通过电信号进行交流，动作电位导致突触释放神经递质，这些小分子与树突上的受体结合，打开导致电流流过神经元膜的通道，当神经元接收到时空突触输入的“正确”组合时，它会启动动作电位。
基本原理
我们通常所认为的脑机接口是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，把用户或被试的感知觉、表象、认知和思维等直接转 化为动作，在大脑与外部设备之间建立直接的交流和控制通道。
脑机接口的基本原理是利用无创的脑电（EEG）、功能磁共振（f MRI）、功能近红外（f NIRS）、脑磁（MEG）或有创的皮层脑电（ECo G）、微电极阵列（MEA）等脑信号获取技术，采集并解码大脑活动信号，然后转换成相应的指令控制外部设备。
脑机接口原理示意图
发展脉络
1929年：Hans Berger 教授首次发现脑电波，人们就推测它可能用于交流和控制，至此，针对脑机接口技术的研究正式开始。
1935年：哈佛医学院的 Frederic Gibbs、Hallowell Davis 和 William Lennox 报告了使用 EEG 来改善癫痫症的可能性。
1952年：西班牙神经科学家 José M Delgado 开始将配备无线电的电极阵列植入动物和人类体内。
1970年：美国国防高级研究计划局启动了一项利用 EEG 探索大脑通信的计划。
1973年：加州大学洛杉矶分校的 Jacques Vidal 教授创造了“脑机接口”一词，并提出了脑机接口项目的目标，以分析 EEG 信号。
1987年：美国科学家Phillip Kennedy通过将神经营养锥电极植入猴子体内，构建了第一个皮质内脑机接口。
1997年：美国食品和药物管理局批准 DBS 用于治疗特发性震颤和帕金森病（随后于 2003 年批准用于治疗肌张力障碍和 2018 年用于癫痫）。
1999年：召开的第一届脑机接口国际研讨会首次给脑机接口明确的定义。
步入21世纪以后，人们对脑机接口的兴趣与日俱增，各类研究机构和公司纷纷投入此项研究。基于篇幅有限，对于21世纪后脑机接口的相关发展脉络不在本文中展示，感兴趣的读者可以与笔者取得联系，共同交流学习。
脑机接口领域专利分析
近两年来，随着脑科学和类脑科学、人工智能技术的不断进步，脑机接口也受到了更多的瞩目，而且随着脑机接口的不断深入，资本市场也高度聚焦该赛道，据不完全统计，2021年脑机接口领域融资规模创下新高，融资金额总计4.68亿美元，同比增长482%。相关专利也自然成为了热点领域。
专利基础信息
全球顶级学术平台《nature》在其著名学术期刊《Nature Biotechnology》杂志上发表了一篇文章——《Patent landscape of brain–machine interface technology》，从专利角度对脑机接口进行了全面的分析，对于部分基础数据笔者引用至本文。
1984年-2020年专利申请情况进行了归纳汇总，得出如下公开趋势：
脑机接口专利公开趋势
脑机接口领域专利申请地域分布情况如下数据趋势：
脑机接口专利地区分布
脑机接口领域专利重要专利权人（申请人）分布情况如下数据趋势：
脑机接口重要专利权人（申请人）分布
脑虎科技NeuroXess简介
脑虎科技是一家国内领先的通过柔性脑机接口技术来保护及探索大脑的生命科技公司。公司成立于2021年11月，聚焦最具想象空间的侵入式脑机接口设备研发。公司自主研发微创侵入式高通量柔性脑机接口技术，打破国外技术垄断，并在柔性电极、生物材料、芯片设计、核心算法、数字脑库、植入方式、临床应用及生态建设等多环节全面领先。
NeuroXess（脑虎）致力于打破国外技术垄断，建立起自身在柔性电极、生物材料、芯片设计、核心算法、植入方式、临床应用、生态建设等多环节的全面领先优势。我们希望通过自身努力，在2025年前成为该领域的全球领导者。
脑虎科技围绕“如何最大限度利用大脑和最低限度损伤大脑”的核心理念，从技术能力、临床实验、商业化落地及团队建设四个方面各自取得了相当瞩目的进展。
技术能力方面，公司已完成多个核心科技树的建设，包括了神经电极、生物材料、脑电芯片、医疗级植入体、高通量脑电图仪、神经外科手术机器人及数字脑库算法云平台等，且核心技术均已申请专利保护。公司以核心科技树视角建设了从科研到工业化的整体能力，构筑了端到端的完整解决方案。
临床实验方面，公司率先获得国内临床伦理批件，开展了数例科研临床实验并取得了良好的预期效果。华山医院陈亮教授表示“在功能神经外科领域，脑机接口的技术突破会对于脑疾病的治疗，致病原理的研究，创新调控医疗器械等多个层面上，产生新的机会，我们积极乐观地推动相关的临床研究”；瑞金医院陆勇教授也表示“在渐冻症、重度抑郁、成瘾、癫痫等难治性脑病领域，对脑机接口等新技术带来的临床新范式也有强烈的需求和广大应用前景”。
商业化落地方面，公司同样取得快速进展，成立短短一年，公司自主产权的首批产品已实现落地，下游客户包括医疗机构、高校和科研院所，相关产品已经开始获得商业化收入，并保持快速增长趋势。
团队建设方面，脑机接口作为生命科学和信息技术交叉融合的系统工程，涉及传感器、芯片、算法、AI、神经科学、材料学、机器人、临床医学、伦理等多个学科，其中产学研医交叉融合、环环相扣。公司成立至今，快速组建了一支来自国内外多学科交叉复合的顶级团队实现原创自主核心技术突破，并以学术+商业“双轨制”模式进行组织设计和业务推进。公司拥有独家合作的顶级科学家顾问团，成员来自于中科院、国家实验室、哈佛大学、德州大学奥斯汀分校、莱斯大学及梅奥医学中心等顶尖高校；在工程化能力建设上，公司亦吸纳具有前瞻战略眼光且战斗力极强的商业化人才，管理层均来自业内明星企业核心中高层，如微创医疗、美敦力、卡尔蔡司及阿里巴巴等。
2022年12月28日，脑虎科技NeuroXess正式宣布完成数亿元人民币A轮融资。本轮融资由中平资本领投，轻舟资本、国生资本（成都生物城）、上海赛领、演化博弈参与跟投，现有投资方盛大、联新资本、红杉中国持续追加投资。华兴资本担任本轮交易的独家财务顾问。
脑虎科技NeuroXess专利浅析
作为脑机接口关键器件，植入电极决定着脑电信号采集的数量和质量，是保障脑机接口综合性能的前提。
据信通院最新发布的《脑机接口总体愿景与关键技术研究报告》中指出，植入到大脑中的微电极可以高空间分辨率和时间分辨率方式，精确记录电极附近单个神经元的动作电位，从而实时监测大脑活动。传统的植入式微电极由金属和硅等硬质材料制备而成，形成了以密西根电极和犹他电极为主的硬质电极。随着微纳加工技术和电极材料不断发展，微电极趋向于柔性、小型化、高通量和集成化发展，形成了以微丝电极、硅基电极和柔性电极为主的多元化发展局面。其中高性能柔性电极因其具有高生物相容性，有利于缓解免疫反应，提高信号质量，对实现大脑活动长期稳定的慢性记录具有重要意义。
此前，中关村产业研究院发布了《脑机接口电极未来形态如何？从脑虎科技专利看电极技术创新》，文章基于脑虎科技专利，通过对比柔性电极与传统刚性电极，研判未来电极形态是高通量、柔性与微创的。那么传统的刚性电极弱在哪里？脑虎科技的柔性电极又有哪些创新点呢？
传统的刚性电极弱在哪里？
1、易造成脑损伤。传统电极材料多为刚性材料，一般比脑组织硬４个数量级以上，这种机械性能的不匹配性很容易造成脑损伤。
2、不易黏附。刚性材料基本上未变形的表面形态难以适应大脑的微动态，缺乏细胞相容的粘附位点，不易黏附细胞等人体结构。
3、引起免疫反应。传统电极材料本身的化学惰性会发生慢性免疫反应，导致瘢痕组织和胶质增生，并包裹在电极表面，严重影响导电性能。
4、寿命较短。在大脑微环境下，传统电极材料易发生腐蚀，不仅使得导电性能丧失，甚至还会释放有毒金属离子，严重影响电极寿命。近年来，纳米材料、碳基材料、天然高分子等柔性物质因其多方面的优势成为电极的最佳候选材料。
脑虎科技的柔性电极有哪些创新点？
1、高通量
脑虎科技通过借鉴集成电路的制造工艺，采用光刻、布线的技术,在平面上来做一个非常高密度的神经电极的制备,借用集成电路庞大的加工能力和集成能力,把如此多的神经电极记录点集成到一个小小的芯片里,而且芯片还能微创植入到大脑里面,进行大脑的采集和刺激，可达到同时记录2600多个神经元信号（目前脑虎科技与高通量技术相关的专利有CN114259234A、CN114460415A、CN114259234A、CN114636876A、CN112107307A、CN112107307B等）。
2、低创伤
微创植入能够最大可能的减小创伤。脑虎科技一方面利用蚕丝蛋白把电极柔软的表面固化,让电极硬度介于血管和脑组织之间,方便植入,植入完成后,蚕丝蛋白便会溶解,逐渐恢复之前的柔软；另一方面脑虎科技还使用操作微创植入的半自动手术机器人，该机器人实现了电极植入的一键式全自动操作以及全程无菌操作，植入精度高（目前脑虎科技与微创植入技术相关的专利包括CN114631884A、CN112099160B、CN112099160A等）。
3、长期在体
脑虎科技采用蚕丝蛋白作为柔性材料，蚕丝蛋白具有天然抗菌、可降解、力学强度高等特性,相应地以蚕丝蛋白为主体的柔性电极将继承其自然属性,在生物相容性、机械强度上要比化工或化学合成材料制成的电极有优势。据了解，脑虎科技已完成在鼠、兔、猴等多种动物模型上的应用测试，柔性神经电极单器件集成上千通道，分辨率达到单神经元精度，植入创口<0.7mm，在体时间超过8个月（目前脑虎科技与柔性技术相关的专利包括CN111870240A、CN111990993A、CN113616211A、CN113729717A、CN114259234A、CN114631822A、CN114631823A、CN114642436A、CN114678163A、CN114671935A、CN115120243A、CN106073771A/B等）。
未来，脑虎科技将始终秉承“通过脑机接口技术重塑和强化人的感知与认知，进而保护、探索并延伸⼤脑边界，让HI(人类智能)与AI(人工智能)实现从交互、到共生、再到孪生的发展”的使命，向夯实中国脑科学战略新方向的目标迈进。
结 语
目前，随着各大国内厂商联动产学研医生多方力量，不断创新，必将推动中国脑机接口产业的发展，也会逐步摆脱国外竞品带来的压力和技术障碍，不过，国外巨头公司和国内新兴企业在知识产权方面布局更加紧密，脑机接口赛道上的各个国内厂商之间的竞争也会逐渐激烈，届时相关知识产权问题也必将会成为各大脑机接口厂商的研究重点课题，后续相关产品的的研发和专利事务值得持续关注。
