脑机智能更为艰难的方向是闭环调控，即从脑到机与从机到脑的双向调控。闭环的脑机智能目前的实验主要在癫痫病人、重度心理疾病患者身上展开。抑郁发生时，患者的神经活动会有特定模式。通过预测抑郁行将发生时的脑电信号，脑机智能可以在抑郁发生前对特定脑区进行刺激，从而改善患者的情绪。最近，研究者试图通过机器学习和控制论工具开发数学模型，用以解释情绪症状与大脑活动的对应关系。他们记录癫痫病人的多部位颅内脑电图（iEEG）信号，同时用自我报告问卷量表测量其情绪；然后，构建数学模型，匹配iEEG信号与情绪报告；基于该模型，研究者开发解码器来解读大脑活动对应的情绪变化；最后，他们基于该模型开发控制器，以生成对大脑的电刺激，缓解情绪障碍。闭环脑机智能可以恢复甚至增强人类感知，如视觉和触觉。有的机构尝试研究“视觉神经假体”，以对视觉皮层进行电刺激，产生视觉经验。更进一步，脑机智能甚至可以产生全新的感知模态。