21 世纪是寰宇科学界公认的脑科学时期，意志脑、保护脑、创造脑一直是脑科学和神经科学界孜孜以求的方针。好意思国、欧盟、日本等国度和地区纷繁参加巨资，以期占领脑科学连接的先机和制高点。我国也于 2016 年运转以“一体两翼”为中枢的中国脑策画，与寰宇脑科学连接飞扬相呼应。脑机接口（ brain-computer interface ， BCI ）通过获胜测量大脑神经行动产生的电信号，在大脑和外部建造之间创建流通同路，是脑科学连接的伏击时候路线。它既是全面解析和意志大脑的要道中枢时候之一，亦然东说念主机交互表面上最获胜、最有用的用具。东说念主脑的数百亿个神经元齐存在独到、执续且极其细微的电信号，如何将这些电信号以尽可能高的空间分散率和信号质地索要出来，同期在保证安全性和方便性的前提下完了对大脑电信号的万古辰连气儿监测，是脑机接口连接亟须惩办的要道问题，对脑电信号网罗器件和处理器件漠视了寥落的条件。

典型BCI 系统构成

以脑电信号网罗位置为模范，不错将BCI分为植入式及非植入式两种类型，植入式BCI又不错进一步细分为侵入式BCI 和半侵入式BCI。天然植入式BCI不错提供更高密度、更高质地的脑电信号，但具有较大的创伤和安全风险，其哄骗主要麇集在临床医疗范围。非植入式BCI又称非侵入式BCI，因其安全无创的特质，在学术连接与产业哄骗方面均更为普及，但受限于脑外网罗脑电信号的低信噪比，现在可完了的脑机交互功能有限。

表 侵入式、半侵入式、非侵入式BCI 对比

从BCI的时候体系来看，可分为硬件层、软件层和哄骗层。

BCI 时候体系

硬件层包括脑电信号网罗建造和外控外联建造。脑电信号网罗建造包括中枢器件和材料。中枢器件包括电极、芯片、电源等。电极的要道时候包括干电极、湿电极、微电极阵列和柔性电极时候等；芯片的要道时候包括神经数据处理、无线能量和数据传输、多路复用等；电板条件具有高能量密度、强电流脉冲才气和长轮回寿命。材料方面包括石墨烯、导电膏、导电胶、柔性材料等。外控外联建造包括机械臂、智能仿外行及无东说念主机等。

软件层主要包括生物信号分析等核默算法。脑机理分解一定进程上也属于软件仿真和完了的伏击方面。跟着对脑机理分解的不息深化，网罗的数据量越来越强大，已往将无间面对数据压缩和存储、高通量高速数据无线传输等方面的挑战。此外，基于脑电的信息认证及信息安全、逃匿保护也将是软件层需要要点连接和惩办的问题。

哄骗层包括生物医疗、教悔、文娱、军事工程等方面。BCI 早期发展的哄骗场景主要麇集在脑科学连接和医疗康复方面，近几年连接及哄骗范围逐渐扩大，从代替东说念主类现存的部分功能，滚动为增强东说念主类的各式感知才气，包括脑增强和脑调换等方面。算作一门交叉学科，BCI 的要道时候发展需要多学科的协同逾越。举例，电极和探针有赖材料学、基础化学、合金工艺等学科的逾越，芯片旨趣有赖于基础物理、量子力学、量子狡计等基础学科，芯片性能和狡计速率的擢升有赖于新的狡计模子设备、高精度半导体加工等哄骗科学；外控外联建造对底层科研条件更高，均依赖工程和工艺逾越。

01.

电极

非植入式：非植入式BCI 系统，多领受Ag/AgCl 电极记载头皮EEG 信号。非植入式电极的最新连接浮现是主动式电极，其领受微制造工艺将放大器等前置放大电路与电极集成，此时候极大提高了信噪比。电极在头皮上的安放多领受电极帽固定，摆放的位置领受10-20 电极安放模范，电极数目越多，对信号的样貌越精准，但为了使用方便，一般但愿在索要有用信号的前提下，电极数目越少越好。

植入式皮层宏电极和微电极阵列

植入式：跟着微纳加工时候和电极材料的不息发展，植入式电极趋向于柔性、袖珍化、高通量和集成化发展，酿成了以微丝电极、硅基电极和柔性电极为主的多元化发展模式。基于MEMS 时候，以刚性硅为基底材料制得的微电极阵列好像有用网罗大脑神经元的高密度行动信息、完成高空间分散率采样。跟着纳米时候的发展，神经电极也在不息优化，AG庄闲和游戏与大多数由惰性金属或半导体材料制得的传统电极比较，柔性植入式神经微电极与柔嫩、动态的神经组织机械匹配性更好，在生物相容性、导电性和可靠性上也具有凸起上风。

02.

芯片

BCI 芯片研发有三个主要标的，包括大范围通说念神经记载芯片，主要同步记载多通说念场电位或者动作电位，需要惩办大数据量存储、传输等贫穷；神经记载与神经刺激芯片，主要完了神经行动感知与调控的交互，需要惩办神经刺激伪迹影响贫穷；神经记载、刺激与狡计集成芯片，主要惩办高效数据不息与及时狡计等贫穷，而功耗和供电是各类芯片的共性挑战。

植入式脑机接口芯片

好意思国Intan Technologies 公司RHA2000 系列微芯片

现在BCI 芯片在时候上主要面对两大需求：一个是高通量低功耗，即扩大网罗通说念数目以记载更多神经元的行动，这么才能更精准地得回用户意图，进一步完了神经行动的调控及放手外部建造，同期为了完了长久、清楚、安全的植入，芯片的体积需要满盈小，功耗要尽量低；另一个是无线化，这个是针对通讯和供电的，相关于坚苦且不机动的有线电缆和电板，无线通讯和供电链路不错裁汰感染风险，改善外不雅何况不影响用户的闲居生存。

03.

系统

非植入式：非植入式BCI 系统，按哄骗见识可分为神经修补系统、信拒却流系统和环境放手系统等。所领受的信息载体有SSVEP、慢皮层电位、P300 及频域的μ、β节奏等。领受头皮电极记载EEG 信号算作通讯载体，其优点是不错无损、肤浅地完了脑机交互，易于被用户所接管。但信号费解、信息量少、受环境扰乱影响较大，这使得改善信号的精度、可靠性及提高通讯速率成为该类BCI 的主要挑战。

商用植入式脑机接口系统

法国Clinatec 公司Wimagine 硬膜外无线记载系统

植入式：植入式BCI 系管辖受电极植入时候，凭据脑信号的传输标的，不错分为流入式和流出式两种。流入式系统通过记载的脑电信号与外界通讯或放手外部建造；流出式系统通过植入刺激电极于感知畅通区、听觉或视觉皮层，来收复或增强东说念主的感官功能。

算作多学科的交叉连接范围，BCI 时候波及神经科学、电子工程、材料科学、东说念主工智能等多个学科，具有紧要的科研价值和世俗的哄骗出路，并在最近取得了伏击的时候浮松，荒谬是马斯克的Neuralink 公司在侵入式BCI 方面取得了引东说念主驻防的恶果。这诱骗了列国政府、营业机构、学术机构的世俗暄和和多半资源参加，有望在已往数年内进入时候驱动和需求牵引的正响应轮回，从而完了所有BCI 范围的快速发展。不错料念念，已往BCI 联系时候、哄骗和阛阓生态也将成为寰宇列国伏击的科技竞争要隘。

本文摘编自《脑机接口基础器件》（印二威等著. 北京 ：科学出书社，2026.01）一书“第5 章 追溯与瞻望”“媒介”，有删减修改，标题为编者所加。

(智能东说念主机交互前沿时候丛书)

ISBN 978-7-03-084767-6

包袱裁剪：孙伯元 王 杰

本书以脑机接口基础器件为对象，按照电极-芯片-系统的头绪逻辑、非植入式-植入式的结构纪律，详备先容脑机接口系统的使命旨趣、结构设想与选材加工，以过甚发展布景和经由，中间穿插先容脑机接口时候的哄骗近况和出路。

本书兼具学问广度和深度，既看重基础学问的先容，也系统深远斟酌脑机接口器件的设想旨趣，可算作脑机接口范围的科普读物，也可供联系范围的学生、科研东说念主员、工程时候东说念主员等参考。

（本文裁剪：刘四旦）

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