腦機接口目前發展階段大部分處于實驗室階段

神經系統由腦、脊髓及與之相連的腦神經、脊神經組成，大腦通過神經元的網絡控制和協調人體運動。運動皮層對肌肉發出運動指令，并執行精細和復雜的運動任務；小腦負責協調和平衡身體運動；基底神經節在整個運動過程中起到篩選和調整運動指令的作用。三個區域通過神經元的連接形成復雜的神經網絡，其相互配合，實現了人體運動控制。

神經元是神經系統的基本單位，由細胞體、樹突、軸突和突觸組成。其中，樹突接收其他神經元發送的信號，并將其傳遞到細胞體；軸突將信號從細胞體傳遞到突觸；突觸是神經元之間的連接點，其通過化學物質的釋放來傳遞信號。當人類想要進行身體運動時，大腦運動皮層中的神經元會被激活，產生電信號。這些電信號通過神經元的軸突傳遞，并在突觸末端釋放出化學信號（神經遞質）。神經遞質穿過突觸間隙，并作用于相鄰神經元上的接受器結構。神經遞質與接受器結合后，會引起接受器上的一系列細胞內反應，從而改變目標神經元的電位。這個電位變化可以是興奮性的（導致神經元激活）或抑制性的（阻止神經元激活），這取決于具體的神經遞質和接受器類型。

電信號和化學信號是大腦傳遞信息的“兩種語言”。電信號在神經元內部傳遞速度快，適合進行短距離的信息傳遞和處理，而化學信號傳遞能夠實現神經元之間的遠距離傳遞，并且對信號的強度和持續時間有更精細的調控。兩種信號傳遞方式相互作用，共同完成大腦中信息的傳遞與處理。

總的來說，大腦完成信息傳遞從而控制人體是依靠“電信號—化學信號—電信號”的轉化。電信號在單個神經元上傳遞，在兩個神經元之間的突觸，電信號轉化為化學信號（神經遞質），神經遞質作用于下一個神經元，激活下一個神經元的電信號，從而完成一個信息從一個神經元到另一個神經元的的有效傳遞。

目前，讀取并解譯電信號的技術已較為成熟，而對于神經遞質等化學信號的譯讀尚未實現。腦電波已大量應用于醫學領域，通過在頭皮上放置電極測量電信號，以了解人腦的功能和表現。腦電波的應用也正在向游戲、教育等其他領域拓展。

大腦具有很強的可塑性，這也是腦機接口得以實現的理論基礎。大腦能夠修改其連接或自我重新連接的能力，使得人腦能夠通過后天的訓練，利用一些外部裝置作為人類的外置大腦和軀殼。大腦在結構和功能上通過自身修改以適應環境變化，分為結構可塑性和功能可塑性。結構可塑性是指大腦通過學習實際改變其物理結構的能力，而功能可塑性是指大腦將功能從大腦受損區域轉移到其他未受損區域的能力。許多實驗都已證明大腦可塑性的存在，并利用這種可塑性進行研發。例如2000年，Sharma等人將幼年觸鼠的視覺神經和聽覺神經剪斷并交換后接合:眼睛接到聽覺中樞，耳朵接到視覺中樞，發現觸鼠長大后，依然發展出了視覺和聽覺。2009年，Vuillerme和Cuisinier為盲人發明了一套裝置，將攝像機的輸出表示成二維微電極矩陣，放在舌頭表面。盲人經過一段時間的學習訓練，可以用舌頭“看到”障礙物，這也是腦機接口得以實現的理論基礎。

腦機接口（brain-computerinterface，BCI）是在大腦與外部環境之間建立一種全新的不依賴于外周神經或肌肉的交流與控制通道，從而實現大腦與外部設備的直接交互。其工作流程包括腦電信號的采集、處理、輸出和執行，最終再將信號反饋給大腦。從這個意義上說，任何大腦與外部設備直接相互作用的系統都可以被視為腦機接口系統。

腦機接口技術在近100年內迅速發展，目前其理論技術在實驗室環境下已較為成熟。1924年6月，德國神經內科專家漢斯·貝格爾在一名17歲顱骨缺陷的病人頭皮上記錄到了電流計鏡面的微小振動，這是人類歷史上第一次記錄到人腦的電活動。1969年，德裔美國神經學家埃伯哈德·費茲將猴子大腦中的一個神經元連接到儀表盤，當神經元被觸發的時候，儀表盤的指針會轉動，完成了人類歷史上第一個真正的腦機接口實驗。1973年，UCLA計算機科學家雅克·維達爾創造了腦機接口一詞，將其用于基于視覺事件相關電位的腦機接口系統中，并給出了沿用至今的標準定義。1998年，埃默里大學研究人員菲利普·肯尼迪首次將腦機接口裝備植入人體內，通過對腦部進行手術，可以用電線將人腦和大型主機相連，實現了人腦對電腦光標的遠程控制，是BCI研究的一大里程碑。2004年，美國Cyberkinetics公司的“猶他電極”在9位患者身上展開了運動皮層腦機接口臨床試驗，其中，四肢癱瘓的馬特·內格爾成為了第一位用侵入式腦機接口來控制機械臂的病人。由此，BCI技術在實驗室內逐漸成熟，正式由科研走向臨床。2021年，埃隆馬斯克旗下的Neuralink展示一只名叫帕格的獼猴玩“MindPing”的視頻。起初，帕格被訓練使用操縱桿玩游戲，過程中給予奶昔作為反饋獎勵，同步地，設備記錄了帕格手部運動對應腦神經元活動。訓練一段時間后，成功解碼了獼猴用來控制手部運動的大腦信號。至此，腦機接口行業的關注度開始大幅度上升。

腦機接口市場規模持續擴大，行業快速發展。國際市場研究機構IMARCGroupe的數據顯示，2021年，全球腦機接口市場規模達15億美元，2022年市場規模增至17.4億美元，預計2027年全球腦機接口市場規模將達到33億美元。目前，我國腦機接口市場規模約10億元。雖然我國腦機接口行業起步較晚，目前與國外存在一定差距，同時遭受世界主要科技大國在腦機接口領域設立的技術壁壘，限制技術對外出口。但在各大科研院校及相關企業的努力下，我國腦機接口行業正在加快追趕步伐，具有較大發展潛力。

圖表：2021-2027年全球腦機接口市場規模預測趨勢圖（億美元）

數據來源：IMARCGroupe

近期政府發布一系列行動方案和措施，旨在推動腦機接口產業的發展。2024年兩會期間，腦機接口被定位為“新質生產力”之一；國家層面出臺了一系列利好政策，明確了腦機接口的戰略性地位，支持腦機接口技術的研究和應用。工信部等七部門發文布局未來產業，加強腦機接口應用場景探索，提升與醫療健康、消費電子、教育、民生等領域的融合應用水平。鼓勵和支持腦機接口在“產學研用”領域開展廣泛的國內和國際合作，加強腦機接口基礎理論、信號采集、先進算法等前沿技術研發能力指導成立腦機接口產業聯盟，推動構建跨應用領域的腦機接口數據庫和算法庫，加強數據和樣本共享。這些政策的推動，為腦機接口技術的發展和應用提供了有力的支持和保障，促進了該領域的快速成長和產業化進程。