脑机接口技术在生物医学中的应用

脑机接口技术的最新研究Thelatestresearchofbrain-computerinterfacetechnology晋晓飞什么是脑机接口技术？脑机接口（Brain-ComputerInterface或Brain-MachineInterface)是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立的直接的交流和控制通道,通过这种通道,人就可以直接通过脑来表达想法或操纵设备,而不需要语言或动作,实现了大脑和外部世界的直接连接，如控制计算机、辅助技术、机器人、人工假肢甚至被试者自身的肌肉。这可以有效增强身体严重残疾的患者与外界交流或控制外部环境的能力,以提高患者的生活质量。脑机接口的简单系统框图BrainMusclesAction×脑机接口技术的一些最新研究成果一、BrainGate项目由美国布朗大学脑科学研究院的JohnP.Donoghue团队提出，通过输出型神经接口，即从大脑中读取神经信号，在大脑与外部世界间重新建立一个连接即通过重建上肢和手的运动实现对外部设备（机器或肢体)的控制。系统构成该系统包括了植入到大脑初级运动皮层区控制手的部位的一个包含100个通道的Uath电极（4mm×4mm），电极通过电缆连接到头骨的基座上（一欧元硬币大小），用一整套放大器和记录设备记录到96通道的神经信号。这些神经信号包括电位信号和Spike（锋电位）信号，利用信号处理器对以上神经信号进行解码，转换为控制命令。BrainGate实验中的关键问题1、植入式电极的安全性：在植入过程中由于血管被穿破导致出血，可能引起进一步的感染。其他原因还包括植入引起的神经元损伤和死亡，以及大脑的重组。2、植入式电极的功效：实验中所采用的电极阵列UathArray,被放置在皮层的表面，是最容易导致电极失效的因素，任何引起脑内血管出血的因素都可能导致信号的消失。BrainGate的应用机械手控制：主要应用于一些偏瘫患者如肌萎缩侧索硬化症（AmyotrophicLateralSclerosis，ALS)，患者通过BrainGate连接上假肢，在经过校正过滤之后，就能用神经信号控制假肢。在早期阶段，患者能很快实现对机械手臂的一维的准确控制，即简单上下的移动机械手。二维控制实验：桌子上有一个酒杯，要求被试者将酒杯从桌子上举起，放到中间一个目标上。这里，机械手在桌面上所有的水平运动以及闭合动作都是通过神经信号控制的。下一代BrainGate发展下一代BrainGate系统，外部仅需一个类似iPhone大小的神经信号处理器，内部则采用完全植入式的记录电极，在头骨外有一些电子系统，通过无线传输(Wirelessimplant)的方式经过皮肤将神经信号传输出来，在外部处理器（ExternalProcessor)中对信号进行处理分析。该团队里的ArtoNurmiko已经研发出了第一代的原型——布朗植入芯片，可利用光学方式将神经信号传出皮肤。神经芯片的三个主要部分：传感器、传输线缆和无线电子设备，都埋在头骨的顶端。二、ComputingArmMovementswithaMonkeyBrainArjunRamakrishnan,PeterJ.Ifft,MiguelPais-Vieira,YoonWooByun，KatieZ.Zhuang,MikhailA.Lebedev，MiguelA.L.Nicolelis等人提出一个BraintoBrainInterface(BtBI)，BtBI允许动物的大脑交流分享一些视觉和运动神经信