问题描述
脑机接口系统旨在建立一种脑与外部设备之间直接的双向交流通道，以同时实现对外部设备的控制和对脑的调控，从而达到监测脑状态、治疗脑疾病、增强脑功能等目的。
按照信息采集的方式，脑机接口可以分为侵入式和非侵入式两种技术路径。侵入式脑机接口直接与神经元紧密接触，在神经信号质量和神经调控精度等关键性能上有着天然的优势，但植入手术对大脑的创伤和植入器件长期在体的安全性等问题是当前瓶颈。侵入式脑机接口是一个复杂的系统，涉及电极、芯片、算法、植入等多种关键技术，包括：生物器件集成电路制造技术，用于提高脑机接口记录带宽；超薄超柔电极制备技术，实现海量神经活动信号的长期稳定获取；神经信号模拟域特征提取技术，实现海量神经信号的实时探测、处理和压缩，大幅降低数字神经网络的规模和功耗；微创植入技术，自动躲避血管，减少植入创伤。非侵入式脑机接口，是目前最常采用的脑信号采集路径，也是在商业化探索中更有望率先落地的技术路径。虽然采集的信号强度远远弱于侵入式脑机接口方案，信噪比低，时空分辨率更模糊，但因为这种方案不会对脑组织造成创口伤害，因此在普惠式应用方面更有潜力。非侵入式脑机接口当下的研究重点，一方面在于信号监测和分析设备及算法的改进、放大器的尺寸、如何降低信号噪声和提高信号可用性；另一方面在于与多种潜在应用场景深度结合，探索应用潜力。非侵入式脑机接口的潜力在于探索在更多场景中的应用，比如专注力提升、解决失眠问题、自闭症干预治疗、阿尔兹海默症延缓等等。此外，将非侵入式脑机接口与VR、机械外骨骼等外界技术手段结合，在瘫痪康复治疗领域也有着巨大的应用前景。虽然脑机接口技术的临床应用前景广阔，但在性能、精准、高效、安全等方面仍存在众多挑战，例如：开发长期稳定、生物兼容、时空分辨率高的神经信号采集及神经刺激硬件；开发精确、稳定的脑机接口解码算法，以达到对各种复杂外部设备的精细控制；开发精准、鲁棒的脑机接口调控算法，以达到对各种大脑状态有效、安全的调控；研究脑接机口技术的伦理与数据安全等，真正的脑机接口离应用临床还有很长一段路要走。问题背景
大脑是人体的神经枢纽，支配和指挥一切活动，比如运动、感觉、语言、情绪和执行等。随着人口老龄化加剧，阿尔茨海默、帕金森等神经退行性疾病发病率日益攀升；现代社会日益高发的焦虑、抑郁等情感障碍和自闭症等也都严重威胁人类的脑健康。
大脑可以说是人类最复杂的器官，但多年来脑疾病检测和治疗一直没有重大进展，很多脑相关的疾病至今无法攻克。核心问题在于不理解脑疾病的机理，不了解脑是如何工作的。在对大脑的研究过程中，德国精神科医生汉斯·贝格尔于1924 年发现了脑电波。至此，人们发现意识是可以转化成电子信号被读取的。脑机接口这个概念是 1973 年，由加州大学洛杉矶分校的 Jacques Vidal 教授提出的，一个可以将脑电信号转化为计算机控制信号的系统被命名为“脑机接口”。这之后的一个重大进展是,科学家通过脑电信号检测，以无创的方式用意念驱动光标在屏幕上做一维运动。这项成果的出现，让科学界和大众开始对脑机接口产生了兴趣。脑机接口提出了一种新的人机交互方式，从而实现大脑与外部设备的直接交互，该技术能够在人（或其他动物）脑与外部环境之间建立沟通以达到控制设备的目的，进而起到监测、替代、改善/恢复、增强、补充的作用。最新进展（截止问题发布年度）
自“脑机接口”概念被提出后，脑机接口技术迎来了长足的发展，并在近十年呈现爆炸式发展趋势。
2019年，Facebook公布了其脑机接口项目的新成果，利用AR眼镜迅速读取人类大脑中单词和短语，脑机接口技术公司Neuralink也宣布已经成功在猴子大脑测试了脑机接口技术。2020年3月，北京大学神经科学研究所的伊鸣研究员和万有教授团队利用脑机接口相关技术，“精准删除实验大鼠脑中特定记忆”的研究登上《Science》子刊。2021中国科学院自动化研究所与北京大学第三医院合作开展一项名为“脑机接口康复训练系统”的项目，旨在利用非侵入式脑机接口技术让一名截肢患者通过思想控制仿生假肢。2022年初Neuralink向美国食品和药物管理局(FDA)递交测试大脑植入设备的人体实验申请，但遭到FDA的拒绝。2023年JAMA Neurology上发表了一项研究表明通过血管介入的方式放置传输神经信号的装置是有效且相对安全的，首次证实了经导管置入脑机接口设备的可行性。重要意义
脑机接口作为脑与类脑研究的核心技术，在前沿脑科学研究、重大脑疾病诊疗以及军事应用中发挥着不可替代的作用。科学研究方面，脑机接口作为新工具可进一步推动脑基础科学的持续进步，通过多脑区高通量神经数据记录绘制大脑有效性连接网络，解析新的神经环路。脑机接口技术应用到临床医疗可以显著提升医疗健康水平，治疗众多神经功能损伤引发的疾病；随着脑机接口技术的发展和应用领域的扩大，脑机接口技术将在未来产生巨额的经济效益。未来，脑机接口技术可能会应用到军事领域，提升军事战斗力，降低作战人员伤亡率；还可以提升军事通信的安全性以及决策的速度和效率，增强作战人员的注意力和警觉性。
1、提升医疗健康水平，治疗众多神经功能损伤引发的疾病脑机接口技术通过对癫痫患者和帕金森病患者的脑神经进行持续电刺激，抑制癫痫患者发病，并帮助帕金森患者恢复部分活动能力；可以帮助部分丧失视觉、听觉和触觉等感知能力的人群重新获得感知能力，有助于治疗失明、失聪等疾病；实时监测大脑的动态运行情况，对抑郁症、狂躁症、精神错乱等精神疾病的出现起到预防和提醒的作用；帮助残疾人或缺乏运动能力的人群进行康复训练，为残疾人或老年人提供护理，使其提高生活自理能力。2、推动脑基础科学持续进步，了解大脑脑机接口作为脑与类脑研究的核心技术，在前沿脑科学研究、重大脑疾病诊疗以及军事应用中发挥着不可替代的作用。科学研究方面，脑机接口作为新工具可进一步推动脑基础科学的持续进步，通过多脑区高通量神经数据记录绘制大脑有效性连接网络，解析新的神经环路。3、促进产业转型升级，创造巨大的社会生产力和经济效益根据市场研究机构 Valuates Reports 的预测，2027 年全球脑机接口市场规模有望达到 38.5 亿美元。随着脑机接口技术的发展和应用领域的扩大，脑机接口技术将在未来产生巨额的经济效益。4、增强国家军事实力，更好地执行军事作战任务未来，脑机接口技术可能会实现作战人员对武器系统的意念操控，更好地提高武器控制水平，提升军事战斗力，降低作战人员伤亡率；还可以提升军事通信的安全性以及决策的速度和效率，增强作战人员的注意力和警觉性。
