直播節(jié)選

感謝腦客中國的邀請。我是來自于復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科的陸醫(yī)生，今天很高興有這個機會在這里和大家一起來相互交流、分享一下腦機交互技術(shù)在我們中樞神經(jīng)系統(tǒng)康復(fù)中的應(yīng)用以及研究的一些進展。

大家可能看過在1999年拍攝的黑客帝國，其中一個橋段我至今記憶憂深，就是主人公可以通過電腦進入另外一個平行的虛擬世界。在當時，這樣的一部電影肯定屬于科幻電影，而到現(xiàn)在2021年的話，這些科幻技術(shù)其實已經(jīng)變成了現(xiàn)實。

01腦機接口技術(shù)概述

首先我們來看一下在實驗室里訓(xùn)練猴子的任務(wù)。左上角的圖中有一個猴子，在他的頭上有一個信號接收器，當猴子能夠把屏幕上面的紅點移動到右上角的圓圈里面后，機械臂就可以給猴子進行一個喂食的動作。在這樣的一個反饋情境下，猴子是可以很順暢的完成這個動作的。所以我們知道它是可以通過訓(xùn)練使得猴子通過腦直接控制機械臂。

我們知道對于神經(jīng)損傷的這個患者而言，在2001年的時候就有學(xué)者指出，有兩種方法可以促進他們的功能恢復(fù)。第一是修復(fù)損傷的神經(jīng)軸突，我們知道這個過程是比較困難的；第二個就是讓他們來直接控制神經(jīng)假肢。

在2001年的時候，研究者就設(shè)想是不是可以在我們的人腦當中植入一個神經(jīng)芯片，這樣以后我們可能可以把腦信號直接傳輸給電腦，信號傳輸就能繞過損傷的部位；當計算機接收到信號之后，又可以把這個信號轉(zhuǎn)化為其他類型，比如控制輪椅這個操作過程。

這樣的一種技術(shù)就被稱為腦計算機交互技術(shù)，就是在我們?nèi)四X和外部設(shè)備之間建立了一個直接的聯(lián)系通路。我們知道傳統(tǒng)的通路是我們大腦發(fā)出一個信號，通過中樞神經(jīng)跟周圍神經(jīng)把這個信號傳輸?shù)轿覀兊男?yīng)器，通常是我們肌肉，然后再由肌肉來完成相應(yīng)的動作。而利用腦機交互技術(shù)的話，我們就可以繞過中樞傳輸?shù)闹袠猩窠?jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)以及效應(yīng)器直接控制外界設(shè)備，完成相應(yīng)的動作。

下圖就是腦計算機接口系統(tǒng)的工作模式，在人腦發(fā)出相應(yīng)的腦電信號之后，提取出腦電信號的特征模式并進行預(yù)處理，然后通過算法完成信號的轉(zhuǎn)化和解碼的過程。輸出一個新的可以被計算機識別的信號，它就可以來支配很多外界不同的終端設(shè)備。比如說我們可以通過電信號來控制光標在屏幕上面的移動；也可以控制輪椅進的行進、后退或者是轉(zhuǎn)彎的動作；還可以通過和功能性電刺激聯(lián)用，來完成相應(yīng)的抓握等動作。

02發(fā)展現(xiàn)狀

基于腦電信號的腦機接口系統(tǒng)其實可以分成幾類，第一種就是我們目前用的比較多的基于自發(fā)腦電的腦機接口。它是一種主動式的腦機接口系統(tǒng)，它是利用使用者自主運動想象產(chǎn)生的事件相關(guān)同步或去同步（ERD/ERS）。它便于使用，應(yīng)用廣泛，但存在可用性差的特點，控制所用的運動想象特征模式的產(chǎn)生需要使用者長時間訓(xùn)練，且存在高比例訓(xùn)練不成功者的現(xiàn)象。

第二類的話是基于誘發(fā)腦電（視覺誘發(fā)）的腦機接口，它主要是通過穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位SSVEP和事件相關(guān)電位P300作為一個基礎(chǔ)。它是一種反應(yīng)式系統(tǒng)，使用者不需要進行訓(xùn)練就可以掌握。但是在使用過程中，它需要使用者長時間的視覺關(guān)注，也就是系統(tǒng)安全性差。

第三種就是多模式融合的腦機接口，它同時兼具了自發(fā)腦電的腦機接口和誘發(fā)腦電的暖腦機接口。它是由以上兩類系統(tǒng)融合而成，可以使用的命令數(shù)更多，可以操縱的東西更復(fù)雜，是它的優(yōu)點；它的缺點也就是兼具了上述兩類腦機接口的缺點，包括訓(xùn)練問題、BCI盲問題，以及視覺高度關(guān)注的問題。

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