脑机接口（英文为brain-computer interface，简称BCI），指在脑与外部设备之间建立直接的通讯和控制通道。脑机接口与脑科学不仅为人类的健康和强化带来想象空间，也是理解、改造自然和人类本身的“终极疆域”，成为全球各国科技竞争的战略高地，美国、欧盟、日韩等相继发布“脑计划”战略。2016年，我国“十三五”规划纲要将包括脑机智能新技术在内的“脑科学和类脑研究”列入国家重大科技创新和工程项目，2020年“十四五”规划进一步将脑科学列为国家战略科技力量。
脑机接口技术在康复领域已初步展现出应用潜力。自二十世纪七十年代起，伴随神经科学、材料学、工程学持续发展，脑机接口技术在运动、视觉、听觉皮层信号解读方面取得进展，在医疗健康领域也实现了多种类型的应用。一是辅助感觉接收器官，将声光刺激转化为电信号，如人工耳蜗（1978年）、人工视网膜（2004年）等。二是“脑-机”简单运动控制，构建运动想象模型，识别双手、脚、舌的多模态运动信号，帮助残障人士实现机械辅助进食、行走、打字等。三是支持中风患者进行主动运动康复，以脑运动信号驱动机械外骨骼带动肢体活动，帮助脑区中相应神经元参与学习，重塑部分脑功能。此外，脑机接口在了解注意力状态、增强记忆、帮助睡眠和冥想解压等场景也具有应用空间。
脑机接口辅助康复的核心任务，是接收和准确识别大脑发出的指令。这一过程可分解为四个环节，即信号采集、特征提取、设备控制和反馈。从成本和易用性看，非侵入式（脑电帽等）方案更具大规模商用潜力。短期发展方向来看，一是要提升数据采集量和建立规范，包括信噪比控制、信号带宽提升、信号采集标准建立、数据样本量提升、基于深度学习提升个体模型训练效率等。二是工程方向升级，在芯片及探针微型化、无创/微创植入、长期在体等问题逐步解决后，对病人实施开颅手术，进行半侵入或侵入式采集，从微观神经元层面获取更为准确的电信号。如马斯克的neurallink公司在2020年展示的方案，具有信号带宽大、设备尺寸小、机器人“缝纫机”式自动植入、无线连接、多传感器等特性。长远来看，全脑接口和双向接口是脑机接口的发展方向，实现脑信号的全面读取，完成“脑控”与“控脑”双向闭环。这不仅在医疗健康、教育、娱乐、军事等领域有广阔应用前景，也将根本性地改变人类社会的运作方式。
脑机接口技术距离突破性发展和大规模商用尚需时日，主要挑战在于脑的复杂性。一方面，语言、情绪等高级心理活动涉及多个脑区、亿万神经元的活动。另一方面，脑活动高度依赖外部反馈形成闭环。现有脑机接口方案在处理简单运动、视听觉之外的场景时捉襟见肘。而“机-脑”方向进展甚微，致使无法经由反馈实现精准动作、复杂操作。因此，脑机接口技术与应用的发展需要基础研究和产业实践融合，多学科合力推进，软硬件技术协同发展。如硬件方面更精密的电极、更生物友好的材料，软件方面更丰富的数据库、更明确统一的数据标准、以及更先进的机器学习算法等。
