神經(jīng)系統(tǒng)由腦、脊髓及與之相連的腦神經(jīng)、脊神經(jīng)組成，大腦通過(guò)神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)控制和協(xié)調(diào)人體運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)皮層對(duì)肌肉發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，并執(zhí)行精細(xì)和復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)任務(wù)；小腦負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和平衡身體運(yùn)動(dòng)；基底神經(jīng)節(jié)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中起到篩選和調(diào)整運(yùn)動(dòng)指令的作用。三個(gè)區(qū)域通過(guò)神經(jīng)元的連接形成復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其相互配合，實(shí)現(xiàn)了人體運(yùn)動(dòng)控制。

神經(jīng)元是神經(jīng)系統(tǒng)的基本單位，由細(xì)胞體、樹(shù)突、軸突和突觸組成。其中，樹(shù)突接收其他神經(jīng)元發(fā)送的信號(hào)，并將其傳遞到細(xì)胞體；軸突將信號(hào)從細(xì)胞體傳遞到突觸；突觸是神經(jīng)元之間的連接點(diǎn)，其通過(guò)化學(xué)物質(zhì)的釋放來(lái)傳遞信號(hào)。當(dāng)人類想要進(jìn)行身體運(yùn)動(dòng)時(shí)，大腦運(yùn)動(dòng)皮層中的神經(jīng)元會(huì)被激活，產(chǎn)生電信號(hào)。這些電信號(hào)通過(guò)神經(jīng)元的軸突傳遞，并在突觸末端釋放出化學(xué)信號(hào)（神經(jīng)遞質(zhì)）。神經(jīng)遞質(zhì)穿過(guò)突觸間隙，并作用于相鄰神經(jīng)元上的接受器結(jié)構(gòu)。神經(jīng)遞質(zhì)與接受器結(jié)合后，會(huì)引起接受器上的一系列細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)，從而改變目標(biāo)神經(jīng)元的電位。這個(gè)電位變化可以是興奮性的（導(dǎo)致神經(jīng)元激活）或抑制性的（阻止神經(jīng)元激活），這取決于具體的神經(jīng)遞質(zhì)和接受器類型。

電信號(hào)和化學(xué)信號(hào)是大腦傳遞信息的“兩種語(yǔ)言”。電信號(hào)在神經(jīng)元內(nèi)部傳遞速度快，適合進(jìn)行短距離的信息傳遞和處理，而化學(xué)信號(hào)傳遞能夠?qū)崿F(xiàn)神經(jīng)元之間的遠(yuǎn)距離傳遞，并且對(duì)信號(hào)的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間有更精細(xì)的調(diào)控。兩種信號(hào)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(lái)說(shuō)，大腦完成信息傳遞從而控制人體是依靠“電信號(hào)—化學(xué)信號(hào)—電信號(hào)”的轉(zhuǎn)化。電信號(hào)在單個(gè)神經(jīng)元上傳遞，在兩個(gè)神經(jīng)元之間的突觸，電信號(hào)轉(zhuǎn)化為化學(xué)信號(hào)（神經(jīng)遞質(zhì)），神經(jīng)遞質(zhì)作用于下一個(gè)神經(jīng)元，激活下一個(gè)神經(jīng)元的電信號(hào)，從而完成一個(gè)信息從一個(gè)神經(jīng)元到另一個(gè)神經(jīng)元的的有效傳遞。

目前，讀取并解譯電信號(hào)的技術(shù)已較為成熟，而對(duì)于神經(jīng)遞質(zhì)等化學(xué)信號(hào)的譯讀尚未實(shí)現(xiàn)。腦電波已大量應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，通過(guò)在頭皮上放置電極測(cè)量電信號(hào)，以了解人腦的功能和表現(xiàn)。腦電波的應(yīng)用也正在向游戲、教育等其他領(lǐng)域拓展。

大腦具有很強(qiáng)的可塑性，這也是腦機(jī)接口得以實(shí)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)。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(guò)后天的訓(xùn)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(jié)構(gòu)和功能上通過(guò)自身修改以適應(yīng)環(huán)境變化，分為結(jié)構(gòu)可塑性和功能可塑性。結(jié)構(gòu)可塑性是指大腦通過(guò)學(xué)習(xí)實(shí)際改變其物理結(jié)構(gòu)的能力，而功能可塑性是指大腦將功能從大腦受損區(qū)域轉(zhuǎn)移到其他未受損區(qū)域的能力。許多實(shí)驗(yàn)都已證明大腦可塑性的存在，并利用這種可塑性進(jìn)行研發(fā)。例如2000年，Sharma等人將幼年觸鼠的視覺(jué)神經(jīng)和聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)剪斷并交換后接合:眼睛接到聽(tīng)覺(jué)中樞，耳朵接到視覺(jué)中樞，發(fā)現(xiàn)觸鼠長(zhǎng)大后，依然發(fā)展出了視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)。2009年，Vuillerme和Cuisinier為盲人發(fā)明了一套裝置，將攝像機(jī)的輸出表示成二維微電極矩陣，放在舌頭表面。盲人經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，可以用舌頭“看到”障礙物，這也是腦機(jī)接口得以實(shí)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)。

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

腦機(jī)接口技術(shù)在近100年內(nèi)迅速發(fā)展，目前其理論技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下已較為成熟。1924年6月，德國(guó)神經(jīng)內(nèi)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(jì)鏡面的微小振動(dòng)，這是人類歷史上第一次記錄到人腦的電活動(dòng)。1969年，德裔美國(guó)神經(jīng)學(xué)家埃伯哈德·費(fèi)茲將猴子大腦中的一個(gè)神經(jīng)元連接到儀表盤(pán)，當(dāng)神經(jīng)元被觸發(fā)的時(shí)候，儀表盤(pán)的指針會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成了人類歷史上第一個(gè)真正的腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)。1973年，UCLA計(jì)算機(jī)科學(xué)家雅克·維達(dá)爾創(chuàng)造了腦機(jī)接口一詞，將其用于基于視覺(jué)事件相關(guān)電位的腦機(jī)接口系統(tǒng)中，并給出了沿用至今的標(biāo)準(zhǔn)定義。1998年，埃默里大學(xué)研究人員菲利普·肯尼迪首次將腦機(jī)接口裝備植入人體內(nèi)，通過(guò)對(duì)腦部進(jìn)行手術(shù)，可以用電線將人腦和大型主機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)了人腦對(duì)電腦光標(biāo)的遠(yuǎn)程控制，是BCI研究的一大里程碑。2004年，美國(guó)Cyberkinetics公司的“猶他電極”在9位患者身上展開(kāi)了運(yùn)動(dòng)皮層腦機(jī)接口臨床試驗(yàn)，其中，四肢癱瘓的馬特·內(nèi)格爾成為了第一位用侵入式腦機(jī)接口來(lái)控制機(jī)械臂的病人。由此，BCI技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)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(xùn)練使用操縱桿玩游戲，過(guò)程中給予奶昔作為反饋獎(jiǎng)勵(lì)，同步地，設(shè)備記錄了帕格手部運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)腦神經(jīng)元活動(dòng)。訓(xùn)練一段時(shí)間后，成功解碼了獼猴用來(lái)控制手部運(yùn)動(dòng)的大腦信號(hào)。至此，腦機(jī)接口行業(yè)的關(guān)注度開(kāi)始大幅度上升。

腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，行業(yè)快速發(fā)展。國(guó)際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IMARCGroupe的數(shù)據(jù)顯示，2021年，全球腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模達(dá)15億美元，2022年市場(chǎng)規(guī)模增至17.4億美元，預(yù)計(jì)2027年全球腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到33億美元。目前，我國(guó)腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模約10億元。雖然我國(guó)腦機(jī)接口行業(yè)起步較晚，目前與國(guó)外存在一定差距，同時(shí)遭受世界主要科技大國(guó)在腦機(jī)接口領(lǐng)域設(shè)立的技術(shù)壁壘，限制技術(shù)對(duì)外出口。但在各大科研院校及相關(guān)企業(yè)的努力下，我國(guó)腦機(jī)接口行業(yè)正在加快追趕步伐，具有較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

圖表：2021-2027年全球腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)趨勢(shì)圖（億美元）

數(shù)據(jù)來(lái)源：IMARCGroupe

近期政府發(fā)布一系列行動(dòng)方案和措施，旨在推動(dòng)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2024年兩會(huì)期間，腦機(jī)接口被定位為“新質(zhì)生產(chǎn)力”之一；國(guó)家層面出臺(tái)了一系列利好政策，明確了腦機(jī)接口的戰(zhàn)略性地位，支持腦機(jī)接口技術(shù)的研究和應(yīng)用。工信部等七部門(mén)發(fā)文布局未來(lái)產(chǎn)業(yè)，加強(qiáng)腦機(jī)接口應(yīng)用場(chǎng)景探索，提升與醫(yī)療健康、消費(fèi)電子、教育、民生等領(lǐng)域的融合應(yīng)用水平。鼓勵(lì)和支持腦機(jī)接口在“產(chǎn)學(xué)研用”領(lǐng)域開(kāi)展廣泛的國(guó)內(nèi)和國(guó)際合作，加強(qiáng)腦機(jī)接口基礎(chǔ)理論、信號(hào)采集、先進(jìn)算法等前沿技術(shù)研發(fā)能力指導(dǎo)成立腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，推動(dòng)構(gòu)建跨應(yīng)用領(lǐng)域的腦機(jī)接口數(shù)據(jù)庫(kù)和算法庫(kù)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)和樣本共享。這些政策的推動(dòng)，為腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了有力的支持和保障，促進(jìn)了該領(lǐng)域的快速成長(zhǎng)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。