当脑电波遇到智能硬件 脑电硬件想象力多大？

原文标题：脑电智能硬件行业的未来在哪里？

文/赵心源

人类对于大脑的研究从未停止过，脑电波在很早之前，就已经应用在专业医疗和科研方面。

国内外对脑科学的研究有着许多的政策扶持：在国外，1997年人类脑计划在美国正式启动，美国20多家著名的大学和研究所参加了这个研究计划。50多位神经信息学的课题负责人得到该项目的基金资助。2013年3月美国公布“脑活动绘图”计划。同年，欧盟计划启动为期10年的“欧洲人类大脑研究计划”，希望能模拟一个完整大脑功能。

在国内，脑科学与认知科学被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》八大前沿科学问题之一；“中国脑计划”也于2013 年获国务院批示，从认识脑、保护脑和模拟脑三个方向全面启动；2012年9月，十几所著名高校及中科院研究所，成立“脑科学协同创新中心”。今年3月，百度董事长兼首席执行官李彦宏在全国两会上提出了“中国大脑”提案，呼吁设立国家层面的“中国大脑”计划，推动人工智能发展，抢占新一轮科技革命制高点，并以此“带动整个民族创新能力的提升”。

2015年10月24日，在深圳国际基因组学大会上，根据中国科学院神经科学研究所所长、中国科学院外籍院士蒲慕明的报告介绍，“中国脑计划”不久会公布。

随着智能硬件的兴起,脑电行业也逐渐走向产业化。虽然早在上世纪，人类就已经首次记录下人脑电图。但实际上，脑电行业的发展还处于初级阶段。目前资本市场对脑电行业大多对此呈观望态度。本文将对脑电行业进行大致梳理。

一、什么是脑电波

脑电波（EEG）是大脑在活动时，大量神经元同步发生的突触后电位经总和后形成的。它记录大脑活动时的电波变化，是脑神经细胞的电生理活动在大脑皮层或头皮表面的总体反映。（猎云注：张海军 ,王浩川.多导联EEG信号分类识别研究[J]. 计算机工程与应用 ,2008 ,24.）

现代科学研究已经知道，人脑工作时会产生自己的脑电波，可用电子扫描仪检测出。经过研究证实大脑在至少有五个不同的脑电波。

二、脑电行业的分类

目前脑电行业还在发展中，没有一个准确的分类，一类是按照用途进行分类，如医用、工业用途和娱乐用途。笔者按照功能模块进行分类，分为采集部分、识别部分（信息解读）、应用部分（包括人机交互方向（脑机接口）以及认知领域方向）（笔者注：脑科学领域是一个交叉的学科，每个部分都会涉及到其他部分的知识技术，比如脑机接口需要采集、过滤、信息解读后进行人机交互，这里仅仅按照目的进行分类）。

1、采集部分

采集部分通常是用来收集脑电信号的装置，信号来源于人脑，装置的作用是将信号进行处理，对信号进行过滤，提取出纯正的脑电信号。目前脑电领域应用的一大难点是无法做到真正的有效采集，会有准确率上的限制（作者注：脑电的采集是一个过程，而不是一个个数值，从一个状态变为另外一个状态过程中的准确程度比较难以收集，单个状态较容易收集，准确度是整个过程的准确度）。

提升采集精度主要有这几种办法可以解决：1、进行嵌（侵）入式采集，将大脑开颅植入传感器，这种方式不适合民用；2、提升采集通道的数量来提高准确度。多通道采集也不便于民用；或者是随着材料学等发展，逐渐走向民用。就目前的情况来看，民用设备（面向家用与娱乐）为了使用方便，通常使用较少通道、较低精度的采集方式，行业用途则使用多通道，高精度的方式。

脑电领域的产业化实际上受到采集设备的限制，中国脑电智能硬件联盟轮值主席、杭州妞诺科技CEO戴珅懿认为，未来的产业化有两种思路：一类是做产业化，不要求精准，抛弃信号的稳定性，但能变成民用设备；另一类提供稳定真实的信号，提高准确度，用于医疗等行业用途。

2、识别部分

通过算法将脑电波解读为参数，来表示用户当前的精神状态。当采集的准确度不断提升后，识别部分也会不断提升。

3、应用部分

在进行脑神经信号采集并转换为参数后，可以根据参数进行两个方向行为的选择，一种是人机交互类的行为，也就是脑机接口，通过参数控制机器（或软件）进行交互；另一种则是认知科学（认知领域），主要来探索人脑或心智的工作机制，研究人类感知和思维信息的处理过程。比方对脑电数据的分析，来进行医疗、消费心理等认知上的研究，这类研究要求很高的程序算法。

作者认为，认知领域主要面向行业用户，脑机接口更适合推向民用，进行产业化。

三、脑机接口

1、什么是脑机接口

脑机接口（BCI）是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下，计算机或者接受脑传来的命令，或者发送信号到脑。双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。

脑机接口需要采集脑电信号、对信号进行过滤、信息解读后根据信号进行人机交互。每个公司的研发能力与研发方向均不同，有些公司在对采集设备进行研发，有些公司进行模块的开发，比如神念公司，其他公司可根据已有模块，进行二次开发，不是所有的公司都有自主知识产权的采集系统。

2、脑机接口的研究成果

国内对于脑控技术的研究主要集中在基于脑电信号的机器人控制系统（Brain-Robot Interface，BRI）和脑-机接口（BCI）两个方面，很多高校和社会研究机构都在进行相关的研究。

清华大学的高上凯课题组是国内研究脑电波控制技术最早的团队之一。

2014年，浙大附属二院&浙大求是高等研究院实现“意念”控制机械手。

2014年1月浙江大学樊钰、童路遥等组建青芒创新创业团队，研发意念控制风扇灯、意念控制赛车、意念控制飞行器等。

2015年6月，上海交通大学机械与动力工程学院硕士研究生李广晔在导师张定国的指导下，成功利用人类的大脑意念遥控活体蟑螂。

2015年8月，由天津大学研制开发的纯意念控制的人工神经康复机器人“神工二号”在山东烟台发布并进入临床使用，让部分瘫痪患者能够重新恢复运动。

上世纪90年代以来，发达国家纷纷投入巨资对脑-机接口开展技术研究。

2012年：美军“阿凡达”计划；美国BrainGate实现用“意念”控制机械臂；日本丰田脑电波控制轮椅。

2014年，德国飞行员用大脑操控飞机飞行和起降；美国哈佛实现让一只猴子用意念控制另一只猴子的动作；多国联合实现“你好”和“再见”在人脑中的传递。

2015年，美国研制“贴金纹身”的金属电极。德国和韩国研发机器外骨骼。

3、脑机接口可以应用在何种场景、面向哪些用户、市场又是如何细分的？

图片来源：脑电智能硬件行业专题研究（戴珅懿）

神念中国区技术经理石晓峰认为，脑机接口主要用于四个方向：传统医学；玩具、消费电子；教育培训；健康、可穿戴设备。

图片来源：BCI市场趋势和产品（石晓峰）

四、脑电行业产品盘点与分析

1、设备与应用产品的盘点

我们不仅需要的是脑机接口可以用在什么样的领域，更要知道我们需要什么样的产品。下表中对主流的民用设备或应用进行盘点，以个人设备为主。部分选自脑电智能硬件行业专题研究（戴珅懿）：

作者注：除了硬件交互产品与应用，脑电设备还能够精确捕捉大脑对于特定刺激信息的实时反应。通过脑波图，我们能够精确揭露消费者在使用和看到产品、品牌时，产生的是“喜欢，想要买”的情绪倾向，还是“不喜欢，拒绝购买”的情绪倾向。布雷恩英神经咨询公司利用人体大脑的反应，来进行认知上的判断。如：用户体验研究、购物体验研究等。

2、用户能够接受的产品，才是好产品

东莞龙昌智能技术研究院曾研发出了一款名为“驾安宝”的疲劳监测仪，投入市场后没有获得多大的热点讨论（作者注：通过摄像头进行人脸识别，也可以对驾驶疲劳进行监测，但会有用户带墨镜无法识别，以及有时候无法区分是人脑疲劳还是视觉疲劳的不足），另外一款由上海团队创立的U-Wake则在登陆Kickstarter众筹后失败。神灯智能眼罩的团队曾研发过脑电控制四驱车，能让四驱车通过眨眼进行转向，但最终由于识别度和用户体验的原因，最终选择了智能眼罩的方向，在产品发布的当天便众筹成功。

3、模块化or自主研发，哪一个才是未来？

总部位于美国硅谷的NeuroSky（神念科技）是世界上将脑波技术带入消费领域的领导者。目前市面上已经有采用神念科技脑电方案的产品，如猫的秘密头饰，可感知情绪的脑波猫耳朵，就是根据神念的方案进行开发的。国内有能力从采集到脑电波分析、以及干预方法的团队可谓凤毛麟角。

如果采用模块化开发，以神念为例，虽然神念的精准度离科研级别有一定差距，但是是玩具，游戏，教育等产品良好的解决方案。在这些类产品内，神念科技的脑电传感技术具有精确度高，便携且成本低的优点。

如果使用自行研发的产品，产品更具有核心竞争力，技术不容易被仿制。通过自主研发，可以有更好的性能和更高的适配，但成本会较高。

选用哪种解决方案视产品方向与属性而定。

4、脑电智能硬件离不开云平台

可穿戴脑电动态监测仪在医院内已经不是鲜为人知的医疗设备，但什么是脑电智能硬件，中国物联网的定义可以成为这个问题的答案：

智能硬件是继智能手机之后的一个科技概念，通过软硬件结合的方式，对传统设备进行改造，进而让其拥有智能化的功能。智能化之后，硬件具备连接的能力，实现互联网服务的加载，形成“云+端”的典型架构，具备了大数据等附加价值。

因此，无论是对于脑电的分析，还是对数据的存储，均离不开大数据，云端可以让数据进行更快的计算，并且可以和大数据进行比对。云技术不仅在数据处理中对医疗有帮助，在样本的处理中也有帮助。医院每年采集的样本数量有限，如果将脑电采集以智能硬件的形式推向给个人用户，无论是采集大量健康或异常人群的数据，还是一些人群长期的数据，都有非常大的参考价值。无论是平台，还是医学工作者，都希望通过大范围的研究寻找到治疗方案。

当脑电硬件升级为脑电智能硬件，会对整个行业有很大的帮助。

五、脑机产品市场的发展趋势

脑机接口、神经义肢等研究领域的权威专家,加州大学伯克利分校电子工程和神经科学的副教授Jose Carmena认为，脑机接口的市场非常大。据Carmena介绍，目前，脑机接口市场已经达到65亿美元，到2018年，这个市场可以达到107亿美元，市场规模非常庞大。

随着可穿戴设备、云技术和大数据技术的发展推动移动医疗市场的发展。据戴珅懿介绍，投资人对此成观望态度，BNCI HORIZON 2020指出了哪些是未来的发展方向：

这幅图描述了2020年脑控领域细分市场相对增长的定性分析和预期，分析区域主要集中在欧美发达国家和世界其他部分发达地区，市场未来机会的评估可以为脑控行业相关的中小企业和投资人提供未来市场预期的参考（图片来源BNCI HORIZON 2020 ）。

医疗健康&神经反馈和娱乐&游戏方向是快速增长的方向。如通过神经刺激，缓解和治疗偏头痛就是一个很好的解决方案。娱乐游戏对于实时反馈的要求较强，目前还没有达到一个良好的体验。如通过眨眼进行控制，不是每一次眨眼都能被识别，因此不会有一个良好的反溃作者认为，可穿戴显示器是未来结合脑机接口进行发展的一个方向，二者都是在头部进行信息上的交换，随着技术的发展，未来会成为一个主流的趋势。

目前国内脑电类企业的融资主要集中在初创期，也有一些公司面向行业市场，对融资持谨慎态度。宏智力科技是国内第一家将脑机接口进行产业化的公司，产品基于神念芯片提供的解决方案进行研发，曾获得3000万元的投资。回车科技于2014年4月创立，Kether意念赛车于2015年6月1日已完成众筹，曾获得目前回车科技获得华旦天使200万元注资，某机构千万级别的战略A论投资。神灯科技与2015年10月25日发布产品，并且在3个小时内完成了众筹目标，10天内筹款金额突破100万的成绩，则获得了喜临门1500万的战略投资。

国外的Thync收到了1300万美元来自Khosla的风投。

六、脑电智能硬件行业的机遇与挑战

随着各大巨头纷纷布局医疗健康平台，越来越多的人注意到了移动医疗与健康。用用户从熟悉医疗健康方向的新鲜事物。神念等解决方案的提供商不断发展，可以为越来越多的创业者进行服务，创业者只需设计通讯模块，使用产品现有的解决方案，无需整体设计，让创业者的创意更容易转化为产品。

比起机遇，脑电智能硬件更多的面临着挑战。

首先是脑电本身遇到的问题，一个普通用户，可能无法准确找到测量的位置，影响测量准确性。由于使用了较低的成本，限制了通道的数量，导致准确性较低，功能单一，用户体验感较差。目前脑电没有完成标准化，完成标准化还有很长的一段路要走（心电用了10年的时间完成了5个通道的标准化）。

其次是用户认同感的问题，心率、血压、血糖等数据可以直观的反应一个人身体的健康状况，脑电则通常用来进行专注力、认知和控制。因此反应身体健康状况的数据比脑电更容易让用户重视。

再次是脑电设备在研发、生活以及社会层面会受到伦理及隐私方面的担忧和质疑：

七、脑电智能硬件行业还需要有很长的一段路要走

脑电智能硬件行业还处在一个发展的阶段。存在着对用户进行普及成本，以及各个公司之间因学科交叉，使得人才培育困难的问题。2015年9月，由妞诺科技、回车电子、帮实资本、伯恩脑电、楼友会、微链等国内企业和机构构建了一个与脑电硬件有关的联盟，并且希望达成同行业抱团取暖、互帮互助以外，也希望能与其他资源有效对接的目的。 即使如此，与大脑意识相关的智能可穿戴设备也是近两年才刚刚兴起的新领域，与国外的其他企业相比，我国的企业相对起步比较晚，还刚刚进入孵化期。脑电智能硬件的发展与普及还要有很长的路要走。