生物技术前沿
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。神经修复和脑机接口尝试达到一个 共同的目标,如恢复视觉、听觉、运动能 力,甚至是认知的能力。两者都使用类似 的实验方法和外科手术技术。
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。
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
brain-computer inteFra bibliotekface BCI
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。
脑机接口的研究趋势
脑机接口的工作原理
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
信号放大
反馈信号
信号采集
脑信号
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。
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。
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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。