脑科学产业专利导航报告（摘编）

承担单位：武汉大学知识产权信息服务中心

研究人员：方小利，卢林，肖学斌

研究背景

脑科学领域主要分为脑结构科学、脑疾病科学和类脑科学三大子领域。其中，脑疾病科学研究经过多年的发展，相关技术已经成熟。但脑高级神经功能病变相关的疾病攻克技术上，如阿尔茨海默病、抑郁症、自闭症、精神分裂症、成瘾等，仍是目前众多学者研究的重点，这些技术的攻克依赖于人类对脑结构及功能机制的深刻认识。此外，近年来，随着人工智能技术的发展，类脑科学研究呈现出快速增长趋势，但大多数人工智能技术并不算真正意义上的类脑技术，因为类脑科学研究的目标是通过借鉴脑神经结构及信息处理机制，实现机制类脑、行为类人、具有自主学习能力的下一代人工智能系统。因此，脑结构科学的研究不仅对于重大脑疾病的治疗具有重大意义，对于新一代人工智能系统的研究发展也至关重要。

一、脑科学研究概述

人脑是世界上结构最复杂、功能最强大的系统之一。在人脑中，约有1000亿个神经细胞（神经元），100万亿以上的突触连接。正是由于这么多神经元和突触连接的存在，使得人脑具有非凡的信息处理能力和决策能力，支配着人的一切生命活动，对人的认知、行为、思维、语言和情绪起着至关重要的作用。认识脑、理解脑的运行机制和功能，开展脑结构和脑神经相关的基础研究，掌握脑相关疾病的致病机理，研究出有效的保护脑和治疗脑疾病的手段，在脑结构和功能执行机制的基础上，模拟脑工作的原理，开展新一代人工智能研究，是21世纪最具挑战也最有意义的研究之一。

因此，为突破脑科学研究的瓶颈，各国纷纷制定自己的人类大脑研究计划（以下简称“脑计划”），希冀未来能够在脑科学领域占领一席之地。如“中国脑计划”“美国大脑研究计划”“欧盟人脑计划”“日本脑智计划”等。

二、国内外脑科学研究进展

为了了解世界脑科学研究进展，本部分在Incopat和Patentsight数据库中检索了2012年1与1日至2021年8月31日（类脑智能仅选择近5年数据）的专利文献，经清洗后，共获得24,2579件专利。

2012年至2019年，脑结构科学和类脑科学专利申请呈上升趋势，脑疾病科学专利申请呈现明显下降趋势，脑科学专利申请趋势呈现较大幅度的增长，体现了在脑疾病科学研究已经日趋成熟且不断完善的条件下，人们将注意力转移到了对脑结构的探索和模拟脑工作原理开发类脑智能的领域，促进了脑科学的快速发展，如图1。

图1 脑科学专利申请趋势

从申请人国别来看，全球有122个国家/地区参与脑科学领域专利申请，中国申请人申请的专利数量最多，其后依次是美国、韩国和日本。中国申请人申请的专利数量约为美国申请人申请专利数量的4倍，体现了脑科学在我国受到了高度关注。

从专利公开地域来看，全球脑科学专利公布的国家/组织有76个，60%以上在中国公布，有10%以上在美国公布，可见中国为世界脑科学的发展作出了非常重要的贡献。此外，脑科学领域专利申请在韩国、日本和世界知识产权组织公布也较多，如图2。

图2 脑科学领域专利申请的公开地域分布

从申请人来看，脑科学领域排名前十位的专利申请人中，除了排名第一的国家电网有限公司和排名第八的三星电子有限公司外，其余均为我国高校。

从技术分布来看，脑科学专利技术较多的为G部（物理）相关技术，其次是B部（作业；运输），如图3。

图3 脑科学领域专利技术分布

三、脑结构科学国内外进展

在检索到的24,2579件脑科学相关专利中，涉及脑结构科学的专利有6036件（5814个专利家族）。自2012年起，关于脑结构研究的专利家族数量逐年上升，平均每年申请的专利家族数为581.4个。

脑结构研究领域，中国机构作为申请人申请的专利最多，共申请了2126件脑结构相关专利。其次是美国，申请了1851件。韩国排名第三，申请了451件。中国申请人的地域排名中，所属省市为北京的申请人申请的专利数量最多（333件），其次是广东（320件），排在第三位的地区为江苏（250件），如图4。

图4 中国省市脑科学结构科学专利申请情况

脑结构领域申请的5814个专利家族的IPC分类主要为A部（占比54%），其次为G部（占比32%），排名第三的为C部（占比8%）。

脑结构领域，申请专利最多的前三位申请人分别为皇家飞利浦电子股份有限公司（56个专利家族）、加利福尼亚大学董事会（52个专利家族）和天津大学（43个专利家族）。

脑结构领域专利的第一发明人中，专利家族数量排名第一的第一发明人为皇家飞利浦的Garcia Molina Gary Nelson，我国发明专利最多的第一发明人为丹阳慧创医疗设备有限公司的汪待发。

脑结构领域，比较热门的词汇为“脑功能”“磁共振成像”“脑电信号”“模型”“脑电图”“药”“注意”“学习”“算法”“神经变性疾病”“功能磁共振”“癫痫”“意识”等。可见，脑结构领域的专利技术重点关注脑功能与脑结构、脑疾病和模型三个方面，如图5。

图5 脑结构领域专利词云图

四、结论与建议

（一）重视脑科学相关研究机构的建设

我国脑科学领域主要研究机构有72家，分布在27个省/直辖市/自治区，其中，相关机构数量排名前三的省市分别为北京（10家）、上海（9家）、广东（9家）和江苏（6家），湖北省仅1家，为华中科技大学。从数量上来看，湖北省的脑科学研究机构与北京、广东、江苏等地相比有较大的差距。因此，后期建议筹建脑科学相关研究机构。

（二）重视脑科学相关领域专利数量储备

从全球范围来看，我国在脑科学方面的专利数量储备已经处于世界前列，但从国内外专利申请分布来看，明显不均匀，沿海地区、发达地区的数量明显比中

图23

西部数量多。湖北省申请的专利数量与北京、广东和江苏相比，有较大的差距（如图23）。后期应该出台一系列激励措施，鼓励湖北省申请人在脑科学方面申请专利，如协助国知局开通相关加快审查通道、对申请脑科学方面专利的企业或者其他申请人给予一定的政策或资金扶持。

（三）促进本省优势资源结合，构建脑科学协同创新体系，特别是多模态多尺度脑图谱研究新技术平台的建设

从我国申请的专利来看，超过半数的专利技术分类为G部相关技术，因而人工智能领域的发展存在非常大的竞争力。与全国相比，湖北省在类脑智能和脑疾病方面的专利布局与国内排名前几位的省市相比有非常大的差距，相比较而言，脑结构方面，中国省市整体申请的专利数量均不多，较容易赶超。并且，由于脑成像技术在很大程度上是制约类脑智能和脑疾病科学发展的重要因素，因此关注脑结构科学的研究，特别是全脑图谱技术，对脑科学的发展具有重大意义。

另一方面，就中国而言，脑结构科学领域申请专利最多的前三个省市依次是北京（333件）、广东（320件）和江苏（250件）。湖北全省仅申请了74件。武汉智普天创科技有限公司（13件，13个专利家族）、武汉资联虹康科技股份有限公司（12件，12个专利家族）和武汉大学（8件，8个专利家族）依次位居前三名，华中科技大学（含附属同济医院）（7件，7个专利家族）位居第四名。从技术角度出发，武汉智普天创科技有限公司和武汉资联虹康科技股份有限公司的专利技术侧重脑功能成像的设备技术（特别脑电图机、脑电脑配件和近红外成像设备及配件），武汉大学的专利技术在脑活动的检测技术（脑磁图、脑电图、功能磁共振等多模态成像技术）及数据分析方法和脑疾病的机制（成瘾）研究方面均有重点布局，华中科技大学的专利技术侧重脑内神经联结结构的成像（正电子发射断层扫描）和图像处理。与国外和国内重要的申请人（皇家飞利浦和天津大学）相比，湖北省的这四家机构的技术结合起来，更有利于技术的保护。此外，2021年9月24日，湖北省发布了《湖北省科技创新“十四五”规划》，提出加强前沿交叉领域前瞻布局，在生命健康前沿领域，发展脑科学与类脑科学研究，加快突破高精度光学成像技术、单细胞测序等技术，加强大脑工作机理、大脑神经回路、高发病率重大脑疾病病因和发病机理等研究，发展类脑计算与脑机智能。并指出要推进基础学科研究基地建设，其中明确提出，这些研究基地要聚焦包括脑科学与类脑研究等在内的变革性技术方向，布局前沿交叉基础研究，推进颠覆性技术创新。因此，可以采取相关措施，整合高校与企业的优势资源，构建协同创新体系，打造一批脑图谱技术研究平台，以脑电信号检测、功能磁共振成像、近红外光谱成像、正电子发射断层扫描等技术和设备为基础，探索多模态多尺度（特别是单细胞水平）的脑成像新技术、图像处理与分析算法等。

（四）优化整合现有脑科学相关产业孵化体系结构，打造具有湖北特色的脑科学与类脑智能科技孵化体系

产业孵化是科技成果走出实验室、走向市场的必要途径。虽然湖北省拥有一批不错的科技孵化机构，国家级科技企业孵化器有63个，其中，武汉有39家，宜昌有7家，襄阳有5家，湖北其他城市的孵化机构均在2家以下。地区分布极为不均。为响应国家“脑计划”的战略部署，可以整合医药、脑图谱和类脑智能相关企业资源，构建具有湖北特色的跨地区的脑科学与类脑智能科技孵化体系，如宜昌和黄冈的医药资源丰富、武汉的生物谷、人工智能、医疗影像等资源均是可以进行整合的对象。

（五）重视高校脑科学高价值专利培育工程

脑结构科学领域的高价值专利重点分布在脑电信号在脑功能检测（特别是睡眠）、脑电信号解码后用于人机交互或控制方面。湖北申请的专利中，目前处于有效期的专利有32件，其中未发生转化的有29件。处于审查中的31件。未发生转化的29件有效专利中，高校作为权利人的专利有7件，其中华中科技大学4件，武汉大学、武汉理工大学和湖北工业大学各1件。华中科技大学4件专利主要是围绕神经元成像技术、成像装置、神经元信号识别和神经元电路进行布局，武汉大学的专利是利用检测的脑电信控制机器人、武汉理工大学的专利是利用脑电信号检测驾驶状态、湖北工业大学的专利是利用脑电信号检测婴儿学步情绪，7件专利分别涉及脑功能与结构成像技术、装置、图谱处理与分析以及应用四个方面，后期可进一步围绕现有技术基础开发出更多的多模态多尺度成像技术、图像处理与分析方法和更广泛的应用领域，形成包含上游成像技术、中游图像处理技术与下游的图谱应用技术的脑结构脑图谱产业链。

此外，31件处于审查状态的专利中，湖北非企业机构或个人作为申请人的专利有20件，最多的为武汉大学，有6件相关专利申请处于实质审查状态，重点布局在多模态多尺度成像技术、图像处理方法和在成瘾诊断中应用方面，后期可作为密切关注的对象，作为脑图谱高价值专利培育工程的目标对象。

（六）构建脑科学与类脑科学数据共享平台，支撑科技创新

报告从脑科学与类脑科学技术分解表制定到数据检索、清洗，历时3个月，共检索了2012年至2021年8月底的专利数据近30万件。然而脑科学相关的知识产权文献资源远不止专利文献数据，还包括期刊文献、会议文献、商标、影像数据、仪器设备等资源。因脑科学和类脑科学的技术领域跨度大，要检全这些数据需要耗费很大的精力，而我国也未在国家层面上建立脑科学与类脑科学产业的数据信息服务平台，因此，为了更好地支持湖北省甚至中国的脑科学与类脑科学发展，可以整合国际上的各类资源，建立相关数据共享平台，为企业、高校和科研院所的科技创新提供坚实的保障。

（七）加强中小微企业的扶持力度，促进湖北省脑科学产业快速发展

本报告对脑结构科学领域的中国企业申请人进行统计，发现该领域的企业申请人分别来自25个省/直辖市，大约有381家企业，其中广东、北京、江苏三省/市的相关企业数量位列前三位，分别是83家、53家、52家，湖北省有13家，位列全国第七位。根据企查查数据显示，381家企业中，注册资本大于1000万元的企业有167家，前三位省/直辖市分别为广东省（34家）、北京市（23家）、江苏省（18家），湖北省大于1000万的相关企业仅5家，均在武汉市，如表20所示。北京千万级以上企业有23家，广东千万级以上企业有49家。可见，就目前有经营脑科学相关业务的企业规模来说，湖北省处于较低水平，后期应该加强中小微企业的扶持。

表20 湖北注册资本大于1000万元的企业及脑科学相关主营业务