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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。 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。 笔者通过如下原理视频进一步阐述脑机接口的技术根源。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 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。 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一个热点，笔者对脑机接口专利问题进行了详细的分析，这里展示部分结果，以飨读者。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
脑机接口领域专利重要专利权人（申请人）分布情况如下数据趋势：
目前国内外针对脑机接口技术开展商业化运营的企业、学术机构等已近百家，有代表性的也已突破30家，鉴于篇幅原因，笔者择机选择几组进行说明，需要说明的是，笔者对国内外脑机接口技术进行了系统性梳理和全面性研究，尤其在专利角度形成了卓有成效的工作成果和报告，感兴趣的读者可以与笔者取得联系，对研究成果一起交流学习。Neuralink，2015 年创立， 2016 年马斯克将其收购。专注于侵入式脑机接口研究，主要研发将人工智能植入人类大脑皮层的脑机接口技术。Neuralink 已获得 FDA的“突破性设备计划”认证，即将在人类身上进行植入实验，未来产品可治疗重度抑郁、阿尔茨海默病等疾病。
Neuralink的脑机接口技术在神经脉冲检测、薄膜电极阵列、集成电路的夹层组装、探针、组件密封等多个角度进行了系统的专利布局，典型专利之一如下： | | | | | Brain implant with subcutaneous wireless relay and external wearable communication and power device | | Brain-machine interfaces (BMIs) hold tremendous promise for the restoration of sensory and motor function and the treatment of neurological disorders. Most of these applications require fine scale communication—at the level of individual neurons—with large numbers of neurons across multiple brain areas. There are not yet any clinically translatable approaches for achieving this level of brain interfacing. | | A brain-machine interface (BMI) is described in which many flexible electrodes for implanting within a subject's brain run to a cylindrical sensor device configured to fit inside a burr hole in the cranium. The devices contain sealed electronics that convert analog neural voltages to digital signals, or vice versa, and connects through a serial cable to a subcutaneous relay on the mastoid region (behind the subject's ear) or other suitable location. The relay draws power from and communicates with an externally worn device and distributes the power to the devices. The externally worn device communicates wirelessly or through a tether to a base station computer for data analysis and/or stimulation. | | |
2021年，美国食品和药物管理局（FDA）批准了一种旨在帮助中风患者恢复手腕和手功能的新型设备。该系统名为IpsiHand，是首个获得FDA市场认可的脑机接口（BCI）设备。FDA对IpsiHand设备准予市场授权，这标志着脑机接口设备首次在美国用于临床使用。
IpsiHand设备由两个独立的部分组成–位于腕部上方的无线外骨骼，以及使用无创脑电图（EEG）电极记录大脑活动的小型头盔。典型专利之一如下： | | | | | Brain-controlled body movement assistance devices and methods | | Patients who have experienced a brain injury (e.g., stroke, trauma, infection, hemorrhage, neonatal malformation, cerebral palsy, or neurodegenerative) typically undergo some type of rehabilitation in an attempt to restore or strengthen the motor impaired or paralyzed side of the body, often using a variety of rehabilitation devices that aid in the rehabilitation effort. Often, the rehabilitation method involves equipment that requires the patient, in order to perform the necessary rehabilitation activities, to be at a particular location such as a rehabilitation facility where the equipment is located. | | Methods, devices, systems, and apparatus, including computer programs encoded on a computer storage medium, for brain-controlled body movement assistance devices. In one aspect, a device includes a brain-controlled body movement assistance device with a brain-computer interface (BCI) component adapted to be mounted to a user, a body movement assistance component operably connected to the BCI component and adapted to be worn by the user, and a feedback mechanism provided in connection with at least one of the BCI component and the body movement assistance component, the feedback mechanism being configured to output information relating to a usage session of the brain-controlled body movement assistance device. | | |
Synchron，巧妙的与“神经介入” 结合，实现不开颅植入，Synchron于2017年创立，2021年7月通过FDA临床研究性器械豁免（IDE）申请，这也是第一家植入式BCI获得对人类患者进行临床试验许可，这使得其领先了竞争对手Neuralink等公司。
Synchron的脑机接口设备并不会植入大脑，医生会把该设备——也就是一个放在支架上的电极阵列，通过颈部静脉放入能够接收电信号的脑部血管中。典型专利之一如下： | | | | | Systems and methods for generic control using a neural signal | | Currently for brain computer interfaces (BCIs), users are asked to either perform a task-relevant mental task to perform a given target task (e.g., try moving a cursor when the target task is to move a cursor) or are asked to perform a task-irrelevant mental task to perform a given target task (e.g., try moving your hand to move a cursor to the right). Furthermore, current BCIs only allow users to use the thought (e.g., the task-relevant mental task or the task-irrelevant mental task) to control a pre-defined target task that is set by the researcher. This disclosure describes novel methods and systems that prepare and allow BCI users to utilize a given task-irrelevant thought to independently control a variety of end-applications, including software and devices. | | Universal switch modules, universal switches, and methods of using the same are disclosed, including methods of preparing an individual to interface with an electronic device or software. For example, a method is disclosed that can include measuring brain-related signals of the individual to obtain a first sensed brain-related signal when the individual generates a task-irrelevant thought. The method can include transmitting the first sensed brain-related signal to a processing unit. The method can include associating the task-irrelevant thought and the first sensed brain-related signal with N input commands. The method can include compiling the task-irrelevant thought, the first sensed brain-related signal, and the N input commands to an electronic database. | | |
目前，对于脑机接口设备而言，其技术依然以Neuralink、BrainGate等国外企业为引领，不过随着国内重视程度不断提高的情况下，中国公司蓄势待发，在一片被普遍看好的市场中开始暗流涌动，虽然目前为止还没有真正的国产脑机接口成品问世，但是也已涌现了天津大学、清华大学、博睿康、强脑科技等重点研究机构和企业，随着各个“卡脖子”技术不断攻克，国产脑机接口一定会在近几年实现重大突破和问世。目前，国内各大脑机接口领域医疗厂商还会将国外等重要竞品作为标杆和对照，但是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。
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