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按照采集模式来分，通常将脑机接口技术分为侵入式和非侵入式两类，部分论文中还存在半侵入式的技术路径。

三种脑机接口技术各有特点和适用场景，最大区别在于信噪比和安全性之间的取舍。目前非侵入式仍是主流，不过侵入式相关研究也在持续加速。非侵入式和半侵入式技术因其较低的风险和较高的便利性而受到重视，而侵入式技术则因其高精度的信号获取能力在特定领域显示出其独特的优势。在市场准入方面，非侵入式相较于侵入式，其法规限制及监管审批过程较为简化；作为医疗器械类产品，侵入式的监管门槛较高、审批周期较长，导致从研发至市场化的时间框架显著延长。非侵入式脑机接口因其便利性、安全性和较低成本而被广泛应用，这些优势为其在未来一段时间内主导消费级脑机接口技术发展奠定了基础。

非侵入式脑机接口方面，中国处于领先地位。尤其是天津大学、西安交大、中科院、天坛医院等知名科研机构。天津大学脑机接口团队已构建了从芯片、电极、算法到系统的国产全链条非侵入式脑机信息交互技术体系，在脑电识别精度、控制指令数量和信息传输率三项核心指标达到国际最高水平；在半侵入式设备上，中国与美国处于并列地位。在侵入式这块国外Neuralink、Synchron 等公司处于领先地位，中国仍落后5 年左右。2020 年，Synchron 实现了首例人体植入，于2021 年7 月获得美国FDA 初步人体试验的授权，已在六名患者中植入了其设备，且受试者没有出现严重的不良副作用；2024 年1 月，Neuralink 完成第一项侵入式脑机接口人体手术实验，受试者恢复良好；

1、非侵入式脑机接口：目前的主流落地路径

这类脑机无需植入任何设备，只需将传感器放置于头皮表面即可测量大脑活动状况。这是目前最为主流的脑机接口形式，安全性能最高，对人体基本无创伤。非侵入式脑机接口目前适用于消费娱乐、残疾人士交互等场景，脑机接口不进入大脑，只需要用电极连接头皮来获取信号，对人体伤害较小，技术难度较低，如使用脑电帽采集脑电信号；但由于颅骨对神经信号的衰减作用和对神经元发出的电场活动的分散和模糊效应，使得信号分辨率不高。

脑电图（EEG）是一种非侵入性的脑机接口技术，通过放置电极在头皮上记录脑内神经元的电活动。这些电极探测到的电信号经过放大、滤波和数字化后用于分析和解释脑机接口系统。脑电信号是由皮层内大量神经元突触后点位（包括兴奋性突出后电位和抑制性突触后电位两种）总和所形成的，是许多神经元共同活动的结果。按BCI 使用的脑电信号类型分类，可分为自发脑电和诱发脑电。自发脑电是指在无明显刺激的情况下，大脑皮层经常性自发产生节律性点位变化；诱发脑电是指在给予特定刺激时诱发引起的脑电位变化，这种诱发产生的脑电反应通常称为事件相关电位（ERP）。从频率分段来看，脑电图记录的四种简单周期波为α波（8~13Hz)、β波(14~30Hz)、δ波(0.5~3Hz)和θ波(4~7Hz)等几个频率段。

基于EEG 信号的BCI 系统可以分为基于单一模式的BCI 系统以及基于混合模式的BCI 系统，其中基于单一模式的BCI 系统主要包括：基于慢皮层电位（Slow cortical potential，SCP）的BCI 系统、基于运动想象（Motor Image，MI）的BCI 系统、基于事件相关电位（Event relate potential，ERP）P300 的BCI 系统以及基于稳态视觉诱发电位（Steady-state visual evoked potential，SSVEP）的BCI 系统。

目前来看，基于EEG 的脑机接口技术还存在较多的技术困难有待攻克，但其发展前景仍然十分广阔。在技术层面上，除了不断提升EEG 采集技术和研究改进高复杂度的算法外，基于EEG 的混合脑机接口（hybrid，hBCI）是当前学者们寻求技术突破的一个主要研究方向，包括基于多种范式的hBCI、基于多种感官刺激的hBCI、基于多种信号的hBCI 等方向，该种方法在当前技术下可以有效提高BCI 系统的分类准确率和ITR，尤其在系统性能和灵活性上具有显著优势，也能更加灵活的应用于更多的商业场景。

2、半侵入式脑机接口：部分特定情况的选择

半侵入式脑机接口，也称微创脑机接口，即基于皮层表面记录的脑机接口。半侵入式脑机将脑机接口植入到颅腔内，但是在大脑皮层之外，主要基于皮层脑电图（ECoG）进行信息分析。这种技术通过开颅手术将电极放置到大脑表面，借助植入的电极对神经元活动进行观测和干预。一般采用柔性较大的电极材质，避免对大脑的正常活动产生更多的干扰。相比于侵入式技术和非侵入式技术，半侵入式技术是一个折中：一方面，相比于非侵入性技术，它可以避免颅骨带来的干扰，因而在性能上更佳；另一方面，它也能比侵入性技术对大脑造成更小的损伤。

2019 年法国格勒诺布尔大学Alim Louis Benabid 教授团队为四肢瘫痪患者设计了神经假体，并首次通过2 名患者进行了临床应用。第一名受试者在皮肤闭合时，植入物被探测到，很快被激活并停止了通讯，而该技术问题在第二个病人植入前被识别和纠正。第二个病人脊髓C4-C5 损伤后四肢瘫痪，研究人员将两个双侧无线硬膜外记录仪植入其大脑的上肢感觉运动区域，硬膜外脑电图信号通过自适应解码算法在线处理，再将命令发送到效应器（虚拟化身或外骨骼）。结果表明，自2017 年6 月至2019 年7 月两年间，这名受试者通过在家中使用虚拟化身（成功率64%），或在实验室使用外骨骼（成功率70.9%），控制了一个运动程序，该程序可以模拟步行并在各种伸手触摸任务和手腕旋转过程中以八个自由度进行双手、多关节的上肢运动。这表明完整的脑机接口系统可以使用连续的在线硬膜外脑电图（ECoG）解码四肢瘫痪患者的大脑活动，以长期（24 个月）激活四肢神经假体外骨骼。患者可以通过大脑的控制能够执行各种运动任务，随着患者使用假体时间的延长，外骨骼活动性增强。

半侵入式脑机接口技术较为成熟，具备一定临床应用优势。半侵入式脑机接口将电极植入颅腔而非脑内部位，主要借助皮层脑电图进行脑信号记录。这种方式相比侵入式手术风险较低、创伤较小，但仍需一定程度的开颅手术；与非侵入式相比，其获取的神经信号更为清晰精准，空间分辨率和识别准确性也更高，因此市场关注度也较高。

3、侵入式脑机接口：目前最准确的采集信号手段

侵入式脑机接口，也称植入型脑机接口，需要借助一定形式的外科手术来实现，其过程为移除一部分颅骨，在大脑中植入电极或植入物，再将移除的颅骨部分放回原处。这种方法所获得的大脑信号效果最好，因为头戴式脑电图（EEG）脑电波损失最大，因为经过了颅骨和软组织的阻挡。ECoG 信号强度有所提升，但是ECoG 接收的大多数是全脑汇集的零散电信号的总和电流，因为神经传导的方向是从皮层往下传递神经电位，最后达到目标部位，因此如果要测量靶标部分的脑电信号的话就显得不够准确，挖出特征性的脑电波的难度堪比大海捞针。因此MEA 和深部电极这种侵入式脑电采集才能采集到真正有用的脑电信号。但是即使是侵入式脑机接口，目前来讲，或许离真正完整并准确地解析脑电信息还有一段距离。

目前侵入式脑机接口技术主要应用于医疗健康领域。比如2020 年底，上海瑞金医院成立“脑机接口治疗难治性抑郁症”的临床研究小组，通过脑机接口手术在患者大脑两侧分别钻开一个小口，将两根直径大约两毫米、各带有8 个触点的电极插进深脑区的指定核团，并在胸前埋入起搏器负责供电。电极放电后，会对周边几毫米内的区域进行不同频率和强度刺激。电流刺激神经，抑郁症状随之消失。23 年4 月，上海瑞金医院发布临床研究成果：运用脑机接口技术对神经进行调控，患者术后抑郁症状平均改善超过60%。

不过侵入式脑机接口虽然能深入采集神经信号，然而其属于有创伤植入，技术难度大，可能出现继发感染、排异风险，会对人体造成严重影响，提升材料生物相容性是侵入式技术进步的关键。首先，侵入式BCI 的植入过程本身就是一种创伤。手术植入电极需要穿透皮肤和颅骨，这可能导致疼痛、出血和感染。

手术过程中的任何微小差错都可能对患者造成长期甚至永久的伤害；其次，侵入式BCI 存在继发感染的风险。植入物可能成为细菌和其他病原体的滋生地，导致感染。一旦发生感染，治疗过程可能非常复杂；排异反应是侵入式BCI 另一个主要的担忧。人体免疫系统可能会将植入的电极视为外来物质，引发免疫反应，导致炎症和组织损伤。长期的免疫反应可能导致植入物周围形成纤维包囊，影响电极的功能并增加移除难度；除了上述健康风险，侵入式BCI 的技术难度也相当大。电极的设计需要兼顾信号采集的精确性和长期稳定性。电极材料必须具备良好的电导性、生物相容性和机械稳定性。此外，电极的植入位置、深度和方向都需要精确控制，以确保能够有效地监测到目标神经元的活动。

提升材料的生物相容性成为侵入式脑机接口技术进步的关键。生物相容性是指材料与生物组织接触时，不引起或最大程度减少不良反应的能力。高生物相容性的材料可以减少免疫反应和炎症，降低感染风险，并有助于长期稳定地与大脑组织共存。目前，研究者们正在探索各种新型材料和表面处理技术，以提高电极的生物相容性。例如，使用生物可降解材料可以减少长期的异物反应；纳米技术的应用可以改善电极与神经组织的整合；特殊的表面涂层可以提供抗菌和抗炎的效果。理想的神经记录技术用于映射单个神经元和神经回路活动的“理想”探针可能还需要几十年才能实现，但是近乎理想的探针需要包含以下特征：

大规模高分辨率记录：高计数密集电极阵列以高度灵活地访问大量神经元对于准确绘制大脑图至关重要。

3D 空间覆盖：可以监测具有3D 不规则形状的大脑结构的不同深度和跨度的神经元，例如海马的角形结构。理想情况下，在植入后精确控制记录/刺激部位的位置和布置。

材料和结构坚固性：足够的机械强度确保成功插入和植入后的耐久性，材料的生物相容性可防止细胞毒性或触发细胞免疫反应，电极在组织恶劣环境中的长期体内稳定性可实现神经元的长期稳定接入，特别适用于临床应用。

微创：通过减小电极尺寸、增加尖端锐度和减少大脑与探头杨氏模量之间的不匹配来最大限度地减少组织体积位移和组织损伤。

多模态：通过单个柄进行电记录/刺激以及光学和化学接口的能力。

目前行业中最领先的技术来源于Neuralink，其致力于通过研究侵入式脑机接口改变患者生活。公司创始人马斯克提出“神经环”概念，将人脑与人工智能连接起来，使人类能够与人工智能同步发展，人脑成为超级脑，由此避免被超级人工智能所取代。在该愿景中，人脑将可以直接访问互联网，获取和处理信息的速度将大大提高，甚至可能实现直接从脑中“下载”知识。此外，这种连接还可能改变人类之间的交流方式，使我们能够直接分享思想和感觉，而无需通过语言或其他方式表达。目前，Neuralink 的PRIME 研究（精确机器人植入脑机接口研究）已获得FDA 批准，将在首家医院站点开始首次人体临床试验的招募，招募对象为颈脊髓损伤或肌萎缩侧索硬化症患者。计划由手术机器人将硬币大小的植入物放置到控制运动意图的大脑区域，记录大脑信号并将其传输至解码运动意图的程序，使瘫痪患者能够用自己的思想控制外部设备。