马斯克2月20日表示，首位植入了“Neuralink”公司大脑设备的患者，现在可以通过大脑直接控制电脑鼠标。
据美国有线电视新闻网（CNN）报道，马斯克表示，“进展很顺利，患者似乎已经完全康复，没有任何我们能够意识到的不良反应……并且能够控制鼠标，仅仅通过思维就可以在屏幕上移动鼠标。”
马斯克还表示，Neuralink公司正试图让患者“通过思维来尽可能多地点击鼠标”，包括上下移动电脑鼠标等。
这则新闻引发了全球的关注，重新把“脑机接口”拉到大家的视线中。到底什么是脑机接口？它能带给人类什么样的改变？我们来梳理一下。
脑机接口的概念及发展历程
脑机接口（Brain Computer Interface，简称BCI）：不依赖大脑的正常输出通路（即外围神经和肌肉组织）就可以实现人脑与外界（计算机或其他外部装置）直接通信的系统。脑机接口系统由七大部分组成：大脑、脑信号采集、脑信号预处理、信号解析、控制接口、外部控制设备和神经反馈，形成了一个闭环。外部设备可以是不同型号的计算机或各类器械设备，如日常的笔记本电脑，用于治疗用途的脑起搏器，或是轮椅、假肢等外部控制设备。
在该定义中，“脑”一词意指有机生命形式的脑或神经系统，而并非仅仅是抽象的“心智”（mind）。“机”意指任何处理或运算的设备，其形式可以从简单电路到硅芯片。
脑机接口的研究始于1924年，德国精神科医生汉斯·贝格尔发现了脑电波，至此，人们发现意识是可以转化成电子信号被读取的。在此之后，针对BCI技术的研究开始出现。
脑机接口概念的提出可以追溯到二十世纪七十年代，近五十年的发展经历了三个阶段，分别是科学幻想阶段、科学论证阶段和技术爆发阶段。目前，脑机接口技术正在第三个阶段中蓬勃发展。
根据目的不同，脑机接口分为面向“运动功能”和“感觉功能”
相对而言，“感觉功能”的研究更快一步，而“运动功能”更受人们关注。
面向运动功能的脑机接口：
在面向运动功能的脑机接口方面，发展算法重建运动皮层神经元对运动的控制，该研究可以回溯到20世纪70年代。Schmidt, Fetz和Baker领导的小组在20世纪70年代证实了猴可以在闭环的操作性条件作用（closed-loop operant conditioning）后快速学会自由地控制初级运动皮层中单个神经元的放电频率。20世纪80年代，约翰斯·霍普金斯大学的Apostolos Georgopoulos找到了猕猴的上肢运动的方向和运动皮层中单个神经元放电模式的关系。他同时也发现，一组分散的神经元也能够编码肢体运动。
20世纪九十年代中期以来，面向运动的脑机接口经历了迅速的发展。若干研究小组已经能够使用神经集群记录技术实时捕捉运动皮层中的复杂神经信号，并用来控制外部设备。其中主要包括了Richard Andersen、John Donoghue、Phillip Kennedy、Miguel Nicolelis和Andrew Schwartz等人的研究小组。
面向感觉功能的脑机接口：
目前人类已经能够修复或者正在尝试修复的感觉功能包括听觉、视觉和前庭感觉。
人工耳蜗是迄今为止最成功、临床应用最普及的脑机接口。
视觉修复技术尚在研发之中。这方面的研究和应用落后于听觉同能的主要原因是视觉传递信息量的巨大和外周感觉器官（视网膜）和中枢视觉系统在功能上的相对复杂性。
从信号采集角度可分为侵入式、非侵入式、半侵入式三类。
侵入式脑机接口需要将皮质内微电极（IM）直接植入人脑，功效最佳但风险最大；
非侵入性脑机接口通过使用脑电图（EEG）、脑磁图（MEG）或功能性磁共振成像等从头部表面分析大脑活动，无需植入电极；
半侵入式脑机接口的电极位于大脑表面的颅骨下方，例如脑皮层电图（ECoG）。由于与皮质表面直接接触，具有出色的时间和空间分辨率，但需手术植入电极，感染和创伤风险较大。
侵入式脑机接口记录的信号时空分辨率高、信息量大，能够对复杂任务进行实时、精确控制。主要应用在医疗领域，最有可能率先落地并带来市场收益的是神经替代、神经调控相关技术和产品。
非植入式脑机接口采用无创采集技术在头皮表面或附近采集大脑响应信号。常用技术手段包括脑电图（Electroencephalography，EEG）、功能近红外光谱（Functional Near-InfraredSpectroscopy，fNIRS）、脑磁图（Magnetoencephalography，MEG）、功能核磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）。可应用在更广泛的生活生产领域，正逐步在康复训练、教育娱乐、智能生活、生产制造等众多方面为人类带来福祉。
对比中美脑机接口技术现状，在侵入式脑机接口方面中国没有比肩美国的成果。在非侵入式脑机接口方面，国内外差距相对于侵入式较小，国内已经有成熟的研究成果和产品落地。
侵入式脑机接口主要用于重建特殊感觉（例如视觉）以及瘫痪病人的运动功能。
脑机接口关键技术包括采集技术、刺激技术、范式编码技术、解码算法技术、外设技术和系统化技术。
（1）采集技术
植入式微电极通过将以离子为载体的神经电信号转换为以电子为载体的电流或电压信号，从而获取大脑神经电活动信息。随着微纳加工技术和电极材料不断发展，微电极趋向于柔性、小型化、高通量和集成化发展，形成了以微丝电极、硅基电极和柔性电极为主的多元化发展局面。
非植入式电极也称为无创电极，其安全无创特性更易被使用者接受。改进的干电极是电极产业落地的主流选项。传统的湿电极尽管信号质量好，但其专业的操作需求，耗时长，用后清洗等固有缺点无法规避。因此无膏的干电极技术逐渐发展起来以适应新的应用场景和需求。基于材料体系的凝胶半干电极物理化学特性可调，通过材料组分配比的优化可兼顾电化学特性和机械特性，从而得到使用舒适度较好且信号质量可与湿电极匹敌的性能，是一种极具应用前景的电极技术。
脑信号采集芯片是将脑信号直接转化为数字信号的核心硬件，也是脑信号读取与解码，脑部疾病诊断与调控所依赖的工具。
（2）刺激技术
脑深部电极刺激（Deep Brain Stimulation ，DBS ）一种非常具有代表性的植入式电极刺激技术。DBS 通过植入体内的脑起搏器发放弱电脉冲，刺激癫痫、帕金森的病灶脑区，抑制病灶区神经元的异常无规则放电，进而抑制相关症状，使患者恢复自如活动和自理能力。当前国内外知名 DBS 厂商正在尝试基于生物标志物实现自适应刺激调控，例如检测神经递质浓度，通过血清素、去甲肾上腺素、多巴胺脱氧血红蛋白度、氧合血红蛋白的浓度识别治疗效果并作为依据来动态调整刺激幅度。
（3）范式编码技术
在脑机接口系统中，用范式来表征对预定义的大脑意图的编码方案。范式定义为：在编码任务中，对希望识别的大脑意图用可检测、可区分、可采集的脑信号予以对应，从而实现对大脑意图的可识别输出。在过去的几十年中，出现了许多脑机接口范式，常见典型的有运动想象范式、稳态视觉诱发电位范式、P300 范式。这些范式往往根据是否有外部刺激和辅助而分为被动式和主动式范式。
（4）解码算法技术
卡尔曼滤波器是当前侵入式脑机接口系统的主流解码方法。卡尔曼滤波的优点是算法简单，而且可以不需考虑神经元具体编码内容即可解码，因此可以实时快速解码。其缺点在于解码效果一般，且每次实验之前都需较长的校准时间。
分解算法是非植入式脑机接口系统的主流解码算法。分解算法广泛应用于脑机接口系统的去噪与意图解码。分解算法通常使用矩阵分解或提取空间滤波器来增加不同类别意图的解码可分离性。
脑机接口的应用
脑机接口的应用领域包括医疗健康、教育娱乐、人机交互、军事应用等，其中医疗健康是目前最主要也最接近商业化的领域。最初主要集中在医学领域，但如今在非医学领域的应用也取得了迅速发展。例如增强正常个体感知觉和认知、娱乐游戏、汽车和机器人行业等。随着脑机接口人因工程的提出，从用户体验、心理状态和用户训练等层面提高了脑机接口的满意度和实用性，这将进一步推动其在各个领域的应用。随着人工智能的发展，未来的脑机接口技术也将更具智能化，实现多模式人机交互场景。
根据麦肯锡《脑机接口标准化白皮书 2021》，2019 年全球脑机接口市场规模约 12 亿美元，预计到 2027 年达 37 亿美元，CAGR 为 15.5%。麦肯锡预测未来 10 到 20 年，全球脑机接口产业将产生 700-2000 亿美元经济价值。
国内的研究进展
国内在2021年正式启动“脑计划”，确定了“一体两翼”的发展战略，提供众多政策支
持。2014年-2023年8月20日，中国脑机接口行业发生融资事件170起，已披露融资
总额58.45亿人民币。
代表性的研究成功如下：
（1）北京天坛医学实现意念控制电脑光标
据北京天坛医院官方消息，首都医科大学附属北京天坛医院神经外科贾旺教授团队联合清华大学洪波教授团队，利用微创脑机接口成功帮助高位截瘫患者实现意念控制光标移动，这也意味着中国在脑机接口领域迎来又一个突破性进展。
与马斯克旗下的 Neuralink 脑机接口不同，清华团队的系统是把电极放在大脑硬膜外，通过长期动物试验研制，不会破坏神经组织；采用近场无线供电和传输信号，体内无需电池。
经过两个月的精心康复训练，患者不但实现了通过意念活动驱动气动手套抓握水瓶等脑机接口运动辅助功能，更实现了在普通家居环境中，仅凭意念就可以控制电脑屏幕上的光标移动。
他表示，下一步的康复计划中将进一步训练患者通过意念活动控制电子书翻页、光标点击确认等，增强患者与电子设备的交互性。
（2）清华大学团队研发入耳式脑机接口
2023年7月14日，来自清华大学柔性电子技术实验室冯雪教授课题组与清华大学医学院高小榕教授团队合作，在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上发表了题为“用于视觉和听觉脑机接口的入耳式共形生物电子器件”（Conformal in-ear bioelectronics for visual and auditory brain-computer interfaces）的研究成果。
该研究提出了一种新型脑机接口（BCI）——SpiralE，该新型脑机接口相比现有的 BCI接口，侵入性更低。
SpiralE采用“入耳式”设计，其的接触面积较小(50 mm×3 mm)，因此可以在稳定地记录脑电图的同时，减少与耳道内壁的摩擦。而使用者只需要将传感器插入耳道，即可读取相应脑电波信息，侵入性远远低于同行的“颅骨贴片”设备。
（3）强脑科技自研非侵入式头环，可用于失眠患者
BrainCo强脑科技创立于2015年，是首家入选哈佛大学创新实验室(HarvardInnovation Lab)的中国团队，致力于成为全球领先的非侵入式脑机接口技术解决方案供应商，在康复、人机交互等领域具有领先优势。
公司有三条产品线，产品包括：可以按照大脑指令做出任何动作的BrainRobotics智能仿生手；基于脑机接口神经反馈训练的儿童注意力调控系统；针对孤独症（自闭症）儿童的开星果脑机接口社交沟通训练系统；可以帮助使用者精准地获悉冥想时的状态的FocusZen正念舒压系统；将脑机接口技术与睡眠场景深度融合的深海豚脑机智能安睡仪。
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