脑机接口目前发展阶段大部分处于实验室阶段

神经系统由脑、脊髓及与之相连的脑神经、脊神经组成，大脑通过神经元的网络控制和协调人体运动。运动皮层对肌肉发出运动指令，并执行精细和复杂的运动任务；小脑负责协调和平衡身体运动；基底神经节在整个运动过程中起到筛选和调整运动指令的作用。三个区域通过神经元的连接形成复杂的神经网络，其相互配合，实现了人体运动控制。

神经元是神经系统的基本单位，由细胞体、树突、轴突和突触组成。其中，树突接收其他神经元发送的信号，并将其传递到细胞体；轴突将信号从细胞体传递到突触；突触是神经元之间的连接点，其通过化学物质的释放来传递信号。当人类想要进行身体运动时，大脑运动皮层中的神经元会被激活，产生电信号。这些电信号通过神经元的轴突传递，并在突触末端释放出化学信号（神经递质）。神经递质穿过突触间隙，并作用于相邻神经元上的接受器结构。神经递质与接受器结合后，会引起接受器上的一系列细胞内反应，从而改变目标神经元的电位。这个电位变化可以是兴奋性的（导致神经元激活）或抑制性的（阻止神经元激活），这取决于具体的神经递质和接受器类型。

电信号和化学信号是大脑传递信息的“两种语言”。电信号在神经元内部传递速度快，适合进行短距离的信息传递和处理，而化学信号传递能够实现神经元之间的远距离传递，并且对信号的强度和持续时间有更精细的调控。两种信号传递方式相互作用，共同完成大脑中信息的传递与处理。

总的来说，大脑完成信息传递从而控制人体是依靠“电信号—化学信号—电信号”的转化。电信号在单个神经元上传递，在两个神经元之间的突触，电信号转化为化学信号（神经递质），神经递质作用于下一个神经元，激活下一个神经元的电信号，从而完成一个信息从一个神经元到另一个神经元的的有效传递。

目前，读取并解译电信号的技术已较为成熟，而对于神经递质等化学信号的译读尚未实现。脑电波已大量应用于医学领域，通过在头皮上放置电极测量电信号，以了解人脑的功能和表现。脑电波的应用也正在向游戏、教育等其他领域拓展。

大脑具有很强的可塑性，这也是脑机接口得以实现的理论基础。大脑能够修改其连接或自我重新连接的能力，使得人脑能够通过后天的训练，利用一些外部装置作为人类的外置大脑和躯壳。大脑在结构和功能上通过自身修改以适应环境变化，分为结构可塑性和功能可塑性。结构可塑性是指大脑通过学习实际改变其物理结构的能力，而功能可塑性是指大脑将功能从大脑受损区域转移到其他未受损区域的能力。许多实验都已证明大脑可塑性的存在，并利用这种可塑性进行研发。例如2000年，Sharma等人将幼年触鼠的视觉神经和听觉神经剪断并交换后接合:眼睛接到听觉中枢，耳朵接到视觉中枢，发现触鼠长大后，依然发展出了视觉和听觉。2009年，Vuillerme和Cuisinier为盲人发明了一套装置，将摄像机的输出表示成二维微电极矩阵，放在舌头表面。盲人经过一段时间的学习训练，可以用舌头“看到”障碍物，这也是脑机接口得以实现的理论基础。

脑机接口（brain-computerinterface，BCI）是在大脑与外部环境之间建立一种全新的不依赖于外周神经或肌肉的交流与控制通道，从而实现大脑与外部设备的直接交互。其工作流程包括脑电信号的采集、处理、输出和执行，最终再将信号反馈给大脑。从这个意义上说，任何大脑与外部设备直接相互作用的系统都可以被视为脑机接口系统。

脑机接口技术在近100年内迅速发展，目前其理论技术在实验室环境下已较为成熟。1924年6月，德国神经内科专家汉斯·贝格尔在一名17岁颅骨缺陷的病人头皮上记录到了电流计镜面的微小振动，这是人类历史上第一次记录到人脑的电活动。1969年，德裔美国神经学家埃伯哈德·费兹将猴子大脑中的一个神经元连接到仪表盘，当神经元被触发的时候，仪表盘的指针会转动，完成了人类历史上第一个真正的脑机接口实验。1973年，UCLA计算机科学家雅克·维达尔创造了脑机接口一词，将其用于基于视觉事件相关电位的脑机接口系统中，并给出了沿用至今的标准定义。1998年，埃默里大学研究人员菲利普·肯尼迪首次将脑机接口装备植入人体内，通过对脑部进行手术，可以用电线将人脑和大型主机相连，实现了人脑对电脑光标的远程控制，是BCI研究的一大里程碑。2004年，美国Cyberkinetics公司的“犹他电极”在9位患者身上展开了运动皮层脑机接口临床试验，其中，四肢瘫痪的马特·内格尔成为了第一位用侵入式脑机接口来控制机械臂的病人。由此，BCI技术在实验室内逐渐成熟，正式由科研走向临床。2021年，埃隆马斯克旗下的Neuralink展示一只名叫帕格的猕猴玩“MindPing”的视频。起初，帕格被训练使用操纵杆玩游戏，过程中给予奶昔作为反馈奖励，同步地，设备记录了帕格手部运动对应脑神经元活动。训练一段时间后，成功解码了猕猴用来控制手部运动的大脑信号。至此，脑机接口行业的关注度开始大幅度上升。

脑机接口市场规模持续扩大，行业快速发展。国际市场研究机构IMARCGroupe的数据显示，2021年，全球脑机接口市场规模达15亿美元，2022年市场规模增至17.4亿美元，预计2027年全球脑机接口市场规模将达到33亿美元。目前，我国脑机接口市场规模约10亿元。虽然我国脑机接口行业起步较晚，目前与国外存在一定差距，同时遭受世界主要科技大国在脑机接口领域设立的技术壁垒，限制技术对外出口。但在各大科研院校及相关企业的努力下，我国脑机接口行业正在加快追赶步伐，具有较大发展潜力。

图表：2021-2027年全球脑机接口市场规模预测趋势图（亿美元）

数据来源：IMARCGroupe

近期政府发布一系列行动方案和措施，旨在推动脑机接口产业的发展。2024年两会期间，脑机接口被定位为“新质生产力”之一；国家层面出台了一系列利好政策，明确了脑机接口的战略性地位，支持脑机接口技术的研究和应用。工信部等七部门发文布局未来产业，加强脑机接口应用场景探索，提升与医疗健康、消费电子、教育、民生等领域的融合应用水平。鼓励和支持脑机接口在“产学研用”领域开展广泛的国内和国际合作，加强脑机接口基础理论、信号采集、先进算法等前沿技术研发能力指导成立脑机接口产业联盟，推动构建跨应用领域的脑机接口数据库和算法库，加强数据和样本共享。这些政策的推动，为脑机接口技术的发展和应用提供了有力的支持和保障，促进了该领域的快速成长和产业化进程。