实现大脑与外部通信的桥梁。
脑机接口将脑电信号转化成可被计算机识别的信号，实现大脑与外部的直接通信。人脑在感知外界刺激 （如视觉、听觉等）、进行思维活动、产生 主观意识时，会有一系列生化反应和电学活动，产生可以测量的脑电信号。脑机接口技术就是通过采集大脑皮层神经系统活动产生的脑电信号，经过 放大、滤波等方法，将其转化为可以被计算机识别的信号。通过脑机接口技术，既可让外部设备读懂大脑神经信号，将思维活动转换为指令信号，实 现大脑对外部设备的操控；也能把计算机内的信息直接输入到大脑，从而极大地缩短人类学习新知识和新技能的过程。 按照信息传输的方式，脑机接口主要分为以下三类： 第一类：单向获取大脑信息。大量脑机接口产品属于第一类，主要应用于病人的康复训练，比如通过脑机接口将大脑的命令传递给外骨骼、机械 臂、光标等外设使其能够进行行走、手臂拿放物体、操作平板电脑等一些简单的动作。 第二类：向大脑单向输入信息。少量脑机接口产品属于第二类，利用脑机接口技术修复受损的神经功能，比如通过人工假眼或者人工耳蜗的方式 去恢复一定的视力、听力等。第三类：与大脑双向交流信息。不仅可以接收神经系统信号，还能够刺激神经系统，是未来的发展方向。
BCI主要包括四个部分：信号采集、信号处理、控制外设和神经反馈，信号获取是实现脑机交互的关键前提。脑机接口设备工作流程涵盖：脑信号采 集-脑信号处理-控制外设-功能应用-触发脑刺激-神经反馈-形成脑机交互，这一过程中神经反馈是关键环节，它将输出式BCI与输入式BCI连接在一起 形成交互式的闭环系统，即交互式BCI，从而真正实现脑-机交互。信号预处理使用脑电信号预处理芯片，可以对采集到的信号进行滤波、降噪等处理， 提高信号的质量。脑电信号采集需要通过电极将信号从脑部采集出来，因此脑机接口电极的制备是关键前提。
按信号采集的方式，脑机接口可分为非侵入式、半侵入式和侵入式三种方式。非侵入式：无需通过侵入大脑，将脑机接口装置放在头皮上，只需通过穿戴设备（如脑电帽、近红外头盔或磁共振头线圈等）测量大脑的电活动 或代谢活动，不会破坏人的身体和组织，只在头皮表面采集极其细微的大脑信号。 半侵入式：半侵入式脑机接口装置包括采集脑电信号的电极、运算处理的体内机（芯片）和供电的体外机，通过微创手术将体内机植入到颅骨内、 大脑皮层之外，电极覆盖在硬脑膜外（硬膜起到保护神经组织的作用）。 侵入式：通过神经外科手术等方式直接将电极植入到大脑皮层，可以获取高频（可达上千赫兹）信号。但可能带来感染风险，需要把电极长期放 置在脑组织中，存在胶质细胞的免疫反应、细胞包裹电极导致信号变差、电极因结痂而产生风险等各类问题。
侵入式脑机接口主要采集皮层脑电（ECoG）和深部脑电信号，非侵入式脑机接口主要采集头皮脑电信号（EEG）。脑信号采集的方式种类繁多，包 括头皮脑电（EEG）、皮层脑电（ECoG）、单个神经元记录（Spikes）、脑磁（MEG）、正电子发射计算机断层扫描（PET）、功能性磁共振成像 （fMRI）、功能性近红外光谱成像（fNIRS）等。 侵入式脑机接口：可以分为皮层脑电（ECoG）和深部脑电信号，皮层脑电是指直接从皮层获得的电信号记录，深部脑电信号可分为单个神经元信 号（Spike）和局部场电位（LFP）。ECoG和Spikes具有较高的空间分辨率、良好的信噪比和更宽的频带。 非侵入式脑机接口：如头戴式脑电帽，检测到的信号被称为EEG，是距离皮层较近的按特定几何形态排布并被同步激活的大量神经元突触活动。 与ECoG和Spikes相比，EEG是从头皮无创记录的，具有安全、易于采集和价格低廉等特点。
侵入式脑机和具备增强或刺激类辅助疗效的非侵入式脑机均属于III类医疗器械，我国80%的脑机企业均选择非侵入式技术路线。依据广义脑机接口的 定义以及我国《医疗器械分类目录》的现行规定，与脑机接口相关设备主要被划分为Ⅱ类和Ⅲ类，其中侵入式脑机接口、具备增强或刺激类等辅助治疗 功效的非侵入式脑机被划分为III类，如植入式（可充电）脑深部神经刺激器、经颅刺激仪、磁刺激器等产品；其他一般类型的非侵入式脑机则被划分 为II类，如脑电图机、睡眠监测记录仪等产品。由于侵入式脑机接口需要做开颅手术，技术难度更大、风险更高，且主要是III类证，获证难度更大，因 此我国80%的脑机企业均选择了非侵入式采集技术路线，绝大多数对于侵入式脑机设备处于临床性研究和动物实验阶段。
脑机接口产业链涵盖上游软硬件设备、中游BCI产品、下游应用三个领域。根据中国信通院《脑机接口技术发展与应用研究报告（2023年）》，截至 2023Q1全球脑机接口代表性企业超500家，分布在40余个国家，其中美国和中国企业数量破百，在数量上位列全球第一梯队。从产业链分布来看，上 游电极、芯片、外设、相关核心器件的企业占比8%，中游的医用及科研用工具、分析软件和采集设备企业占比30%，下游应用解决方案企业占比62%。 上游：包括脑电采集设备（如非侵入式电极和侵入式微电极）、BCI芯片、处理计算机/数据集和处理算法、操作系统级分析软件和外部嵌套等。上 游参与者包括芯片和脑电采集设备商、操作系统和软件商、数据分析商等。上游设备尚未实现标准化量产，自研 BCI 芯片和算法是核心技术壁垒。 中游：主要包括脑机接口产品提供商，包括脑电采集平台、脑机接口设备等。 下游：脑机接口下游应用广泛，包括医疗保健、教育培训、游戏娱乐、智能家居、军事国防等各项领域。
脑机接口上游设备及材料多与半导体产业相关，脑机接口行业受限于国内半导体产业发展水平。以脑机接口电极为例，其制备需要高精度的加工设备、 耐高温及化学蚀刻的化学材料、精确的电极设计和制造等。这些设备均为半导体产业所需，而中国半导体产业从设备到材料大多处于被卡脖子的状态， 目前正处于攻坚阶段。此外，脑机接口电极还需要与相应的硬件和软件设备相匹配，例如放大器和数据处理软件等。因此脑机接口从源头上受到半导 体产业制造水平的制约，进而限制了中国脑机接口的产业发展，中国目前还不能完全独立生产高质量的脑机接口电极和相应的设备，但随着技术的不 断发展和进步，未来可能会有更多的制造和研发能力。
脑机接口产业链涵盖上游软硬件设备、中游BCI产品、下游应用三个领域。根据中国信通院《脑机接口技术发展与应用研究报告（2023年）》，截至 2023Q1全球脑机接口代表性企业超500家，分布在40余个国家，其中美国和中国企业数量破百，在数量上位列全球第一梯队。从产业链分布来看，上 游电极、芯片、外设、相关核心器件的企业占比8%，中游的医用及科研用工具、分析软件和采集设备企业占比30%，下游应用解决方案企业占比62%。 上游：包括脑电采集设备（如非侵入式电极和侵入式微电极）、BCI芯片、处理计算机/数据集和处理算法、操作系统级分析软件和外部嵌套等。上 游参与者包括芯片和脑电采集设备商、操作系统和软件商、数据分析商等。上游设备尚未实现标准化量产，自研 BCI 芯片和算法是核心技术壁垒。 中游：主要包括脑机接口产品提供商，包括脑电采集平台、脑机接口设备等。 下游：脑机接口下游应用广泛，包括医疗保健、教育培训、游戏娱乐、智能家居、军事国防等各项领域。
脑机接口上游设备及材料多与半导体产业相关，脑机接口行业受限于国内半导体产业发展水平。以脑机接口电极为例，其制备需要高精度的加工设备、 耐高温及化学蚀刻的化学材料、精确的电极设计和制造等。这些设备均为半导体产业所需，而中国半导体产业从设备到材料大多处于被卡脖子的状态， 目前正处于攻坚阶段。此外，脑机接口电极还需要与相应的硬件和软件设备相匹配，例如放大器和数据处理软件等。因此脑机接口从源头上受到半导 体产业制造水平的制约，进而限制了中国脑机接口的产业发展，中国目前还不能完全独立生产高质量的脑机接口电极和相应的设备，但随着技术的不 断发展和进步，未来可能会有更多的制造和研发能力。
