近年来,视觉脑-机接口系统在技术上取得的突破充分展示出其巨大的应用潜力。如何提升视觉脑-机接口的用户体验,帮助其走向日常生活已经成为领域内的重要议题。空间编码是一种利用刺激和视觉注意目标之间的相对空间位置对目标进行编码的方法,在此前的视觉脑-机接口研究中应用较少。相较于其它基于通信原理的编码方法,空间编码更多基于大脑的空间信息加工机制实现,具有一个刺激即可编码多个目标、刺激和目标可分离等特点。这使得空间编码有望实现视觉负荷低、界面设计灵活的视觉脑-机接口应用,让视觉脑-机接口的交互更加“自然”。本论文从典型信号空间编码响应特性研究、解码方法探索和应用系统设计等方面对空间编码开展研究,希望挖掘空间编码在提升用户体验,实现自然交互中的价值。首先,基于稳态视觉诱发电位（SSVEP）和运动起始视觉诱发电位（m VEP）,本论文从方位和视角两个维度对空间信息的神经表征及其实时提取可行性进行了研究,为空间编码在脑-机接口中的应用提供了生理依据。相较于前期研究只对空间方位信息进行识别,本论文首次为空间编码引入了视角信息,实现了方位和视角的同步解码,随之增加的可编码目标数也让空间编码方法有可能在更多场景中发挥作用。进一步地,本论文根据SSVEP和m VEP的信号特点,针对性地提出了一系列空间信息解码方法,从朴素的模板匹配法到个体模板典型相关分析、幅度相位典型相关分析,最后到逆编码模型方法,体现了从基于响应可分性到基于神经加工机理建模的不同层次的解码思想。本论文还首次提出了基于多刺激的视觉信息均匀解码方法,有效地提升了空间编码脑-机接口系统的实用性能。最后,本论文完成了一系列单一刺激、多目标的脑-机接口系统,刺激的减少为交互界面设计提供了更大的灵活性。本论文还设计并实现了可以对手写字符进行识别的“纸上拨号”在线脑-机接口系统,为字符拼写这一经典应用案例提供了新的设计思路。此前的视觉脑-机接口研究更多关注时间编码和频率编码,本论文则首次系统性地对空间编码方法进行了研究,一方面拓展了空间编码的可编码维度,阐明了空间编码在实现自然交互脑-机接口中的应用潜力;另一方面也为空间编码方法的实际应用提供了空间信息解码方法和脑-机接口系统设计方案的参考。通过对空间编码方法的深入研究,本论文为实现视觉脑-机接口的自然交互提供了新的解决思路。