生物的技术前沿.ppt

brain-computer interface BCI,脑机接口,班级：生物技术12-01 姓名：赵科科 学号：541203030156,黑客帝国中，Matrix是一个典型的脑虚拟程序。人类的身上插满了各种插头以接受电脑系统的感官刺激信号并依靠这些信号生活在完全虚拟的电脑幻景中。阿凡达中出现的用BCI意念控制“战士”作战。威廉吉布森的小说改编的电影捍卫机密中，主演里维斯宣称：我往脑子里存了几百MB的文件。 这些看似荒诞的场景利用脑机接口技术便不再是梦想。,什么是脑机接口？,“脑”一词意指有机生命形式的脑或神经系统，而并非仅是抽象的“心智mind”。“机”是指任何处理或计算的设备，其形式可以从简单电路到硅芯片。,什么是脑机接口？,脑机接口（brain-computer interface，BCI），它是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下，计算机或者接受脑传来的命令，或者发送信号到脑（例如视频重建），但不能同时发送和接收信号。而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。,脑机接口的研究趋势,信号采集,信号放大,A/D转换,信号分析 （包括信号 处理、信号特征 提取、模式识别、 分析）,控制器,脑信号,反馈信号,脑机接口的工作原理,脑机接口 - 人类脑机接口研究,1.侵入式脑机接口 2.部分侵入式脑机接口 3.非侵入式脑机接口,1.侵入式脑机接口,侵入式脑机接口主要用于重建特殊感觉（例如视觉）以及瘫痪病人的运动功能。此类脑机接口通常直接植入到大脑的灰质，因而获取的神经信号的质量比较高。但其缺点是容易引发免疫反应和愈伤组织（疤），而导致信号质量的衰退甚至消失。,2.部分侵入式脑机接口,部分侵入式脑机接口一般植入到颅腔内，但是位于灰质外。其空间分辨率不如侵入式脑机接口，但是优于非侵入式。其另一优点是引发免疫反应和愈伤组织的几率较小。皮层脑电图（EC0G）的技术基础和脑电图的相似，但是其电极直接植入到大脑皮层上，硬脑膜下的区域。,3.非侵入式脑机接口,和侵入式一样，研究者也使用非侵入式的神经成像术作为脑机之间的接口在人身上进行了实验。用这种方法记录到的信号被用来加强肌肉植入物的功能并恢复部分运动能力。虽然这种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，但这种信号波仍可被检测到。,脑机接口应用,从2004年开始，美国国防部DARPA就已投入巨资，在杜克大学的神经工程中心等全美6个实验室中展开了“思维控制机器人”的相关研究。2008年，位于北卡罗来纳州的科学家已能让一只猕猴在跑步机上直立行走，并从植入猕猴脑部的电极获取神经信号，通过互联网将这些信号连同视频一起发给日本的实验室，最终美国猕猴成功地“用意念控制”日本实验室里的机器人做出了相同的动作。,脑机接口 - 脑机接口与神经修复,神经修复是神经科学中和神经的修复相关的领域，即使用人工装置（假体）替换掉原有功能已削弱的部分神经或感觉器官。神经假体最广泛的应用是人工耳蜗，截止到2006年世界上已有大约十万人植入。,由于目标和实现手段的相似性，“神经修复”和“脑机接口”两术语经常可以通用。神经修复和脑机