这次不经意的尝试开启了一扇对人脑研究的新窗口，脑机接口的研究也沿着面向运动功能和面向感觉功能这两大方向逐渐展开。面向运动功能的脑机接口通过发展算法重建运动皮层神经元对身体运动的控制，面向感觉功能的脑机接口则帮助修复受损的听觉、视觉或前庭感觉。
脑机接口的诞生来源于一次恶作剧般的尝试：1963年，英国伯顿神经病学研究所的威廉·沃尔特（William Walter）医生和他的癫痫病人们开了个小玩笑。当时，脑电技术是辅助治疗的重要手段，具体的实现方式是将电极植入接近大脑皮层的位置，以记录神经细胞活动时所产生的场电势。不走寻常路的沃尔特医生灵机一动，使用电路装置将病人大脑皮层中的场电势信号经过放大后转化为幻灯片的控制信号。这样一来，每当病人产生换片的想法时，无需按动按钮，脑电波产生的电势变化就自动完成了幻灯片的切换，达到了“意念控制”的神奇效果！这是脑机接口技术的第一次完整实现：采集大脑神经信号，翻译转换后控制外部设备。
经过一段时间的沉寂后，脑机接口研究在2005年重新回到主流学术界的视野中，关注的焦点则在于脑机接口的实现方式。当时的主流是非侵入式脑机接口（Non-Invasive BCI），这种技术使用的是没有创伤的头皮脑电，其装置方便佩戴于人体，但是由于颅骨对信号的衰减作用和对神经元发出的电磁波的分散和模糊效应，记录到信号的分辨率并不高。这种信号波仍可被检测到，但很难确定发出信号的脑区或者相关的单个神经元的放电，需要模式识别技术加以辅助。另一方面，另一类侵入式脑机接口（In-vasive BCI）也取得了很大的进展：此类脑机接口通常被通过外科手术直接植入到大脑的灰质当中，以获取高质量的神经信号，用来重建视觉等特殊感觉以及瘫痪病人的运动功能。
自20世纪90年代中期以来，从实验中获得的此类知识呈显著增长，脑机接口也逐渐从科幻小说中走入现实。在多年来动物实验的实践基础上，应用于人体的早期植入设备被设计及制造出来，用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。研究的主线是大脑不同寻常的皮层可塑性，它与脑机接口相适应，可以像自然肢体那样控制植入的假肢。在当前所获取的技术与知识的进展之下，脑机接口研究的先驱者们可令人信服地尝试制造出增强人体功能的脑机接口，而不仅仅止于恢复人体的功能。
除了以上两种技术路径之外，基于细胞培养物的脑机接口也在不断发展。细胞培养物的脑机接口是人体外的培养皿中的神经组织和人造设备之间的通讯机制。这方面研究的焦点是在半导体芯片上培养神经组织，并且从这些神经细胞记录信号或对其进行刺激，建造具有问题解决能力的神经元网络，进而促成生物式计算机。基于细胞培养物的脑机接口已被证明是科学家研究神经元学习、记忆、可塑性、连通性和信息处理背后的基本原理的宝贵工具。
所谓脑机接口是在人脑和神经系统与外部设备间创建的直接连接通路。单向脑机接口允许计算机或者接受脑传来的命令或者发送信号到人脑，但两者不能同时进行，双向脑机接口则允许人脑和外部设备间的双向信息交换。
培养的神经元通常通过计算机连接到真实的或模拟的机器人组件，研究人员可以在一个现实的环境中深入研究学习和可塑性，神经元网络能够与其环境相互作用并且至少接收一些人造感觉反馈。这类技术还有助于揭示人类的脑在细胞层面上如何学习特定的计算任务。生物系统在多空间和时间尺度上都有很强的互动性和连接性，以高空间和时间分辨率监控大量神经元活动对于破译神经活动规则、理解神经网络、对大脑的运算过程进行反向工程以提高电脑在模式识别等方面的能力至关重要。
图9-4 2014巴西世界杯开球瞬间
脑机接口技术的发展为机器人的进一步进化提供了可能：实时捕捉大脑复杂神经信号，并用来直接控制外部设备，使得人和机械可以作为一个生命不同组成部分而共存，让机器人真正成为人的意志的延伸。在理想情况下，脑信号可以取代语音等方式，直接用于机器人的操控，实现高效的人机交互与协同。
当然在实现脑机接口操控的过程中，一个难点就是从脑波模式中破译用户的意图。每个人都有独一无二的大脑，这让解密脑波的任务变得更加困难。目前，人与机器的交互方式是人类大脑来适应机器接口，鼠标，操纵杆，键盘都是静态的设备，用户能够适应并学习使用它们。但要让机器人学会识别脑波，这个过程就要困难得多。
2014年6月12日，万众瞩目的第20届国际足联世界杯在巴西城市圣保罗隆重开幕。开幕式上，一名叫做朱利亚诺·平托的下肢瘫痪青年利用“意识”的力量驱动仿生外骨骼，为巴西世界杯进行开球。这次足球历史上最具创意的开球方式，依赖的正是脑机接口技术（Brain Computer Interface）。
随着脑机接口技术的发展，相关的伦理学争议也渐渐浮出水面，其中最著名的莫过于美国哲学家希拉里·普特南（Hilary Putnam）所提出的“缸中之脑（Brain in a Vat）"。当未来的技术条件发展到能够在体外用电信号复制出大脑时，这台“电脑”就有能力模拟你的日常体验。如果这确实可能的话，你要如何来证明你周围的世界是真实的，而不是由一台电脑产生的某种模拟环境？