1、什么是腦機接口技術？腦機接口（Brain-Computer Interface 或Brain-Machine Interface ) 是在人腦與計算機或其它電子設備之間建立的直接的交流和控制通道 ,通過這種通道 ,人就可以直接通過腦來表達想法或操縱設備 ,而不需要語言或動作 , 實現了大腦和外部世界的直接連接，如控制計算機、輔助技術、機器人、人工假肢甚至被試者自身的肌肉。這可以有效增強身體嚴重殘疾的患者與外界交流或控制外部環境的能力 ,以提高患者的生活質量。第1頁/共14頁腦機接口的簡單系統框圖BrainMusclesAction第2頁/共14頁腦機接口技術的一些最新研究成果一、BrainGa

2、te項目由美國布朗大學腦科學研究院的John P. Donoghue團隊提出，通過輸出型神經接口，即從大腦中讀取神經信號，在大腦與外部世界間重新建立一個連接即通過重建上肢和手的運動實現對外部設備（機器或肢體)的控制。 系統構成該系統包括了植入到大腦初級運動皮層區控制手的部位的一個包含100個通道的Uath電極（4mm 4mm），電極通過電纜連接到頭骨的基座上（一歐元硬幣大小），用一整套放大器和記錄設備記錄到96通道的神經信號。這些神經信號包括電位信號和Spike（鋒電位）信號，利用信號處理器對以上神經信號進行解碼，轉換為控制命令。第3頁/共14頁BrainGate實驗中的關鍵問題1、植入式電極

3、的安全性：在植入過程中由于血管被穿破導致出血，可能引起進一步的感染。其他原因還包括植入引起的神經元損傷和死亡，以及大腦的重組。2、植入式電極的功效：實驗中所采用的電極陣列Uath Array,被放置在皮層的表面，是最容易導致電極失效的因素，任何引起腦內血管出血的因素都可能導致信號的消失。第4頁/共14頁BrainGate的應用機械手控制：主要應用于一些偏癱患者如肌萎縮側索硬化癥（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS)，患者通過BrainGate連接上假肢，在經過校正過濾之后，就能用神經信號控制假肢。在早期階段，患者能很快實現對機械手臂的一維的準確控制，即簡單上下的

4、移動機械手。二維控制實驗：桌子上有一個酒杯，要求被試者將酒杯從桌子上舉起，放到中間一個目標上。這里，機械手在桌面上所有的水平運動以及閉合動作都是通過神經信號控制的。第5頁/共14頁下一代BrainGate發展下一代BrainGate系統，外部僅需一個類似iPhone大小的神經信號處理器，內部則采用完全植入式的記錄電極，在頭骨外有一些電子系統，通過無線傳輸(Wireless implant)的方式經過皮膚將神經信號傳輸出來，在外部處理器（External Processor)中對信號進行處理分析。該團隊里的Arto Nurmiko已經研發出了第一代的原型布朗植入芯片，可利用光學方式將神經信號傳出

5、皮膚。神經芯片的三個主要部分：傳感器、傳輸線纜和無線電子設備，都埋在頭骨的頂端。第6頁/共14頁二、Computing Arm Movements with a Monkey BrainArjun Ramakrishnan, Peter J. Ifft, Miguel Pais-Vieira, Yoon Woo Byun，Katie Z. Zhuang, Mikhail A.Lebedev ，等人提出一個Brain to Brain Interface(BtBI)，BtBI允許動物的大腦交流分享一些視覺和運動神經信息來共同實現一個行為目標。BtBI是一種混合計算系統，它包括了靈長類（主演是猴子

6、）的大腦等生物成分同時也包括BMI系統等數字部分。腦機接口技術的一些最新設想第7頁/共14頁BtBI實驗的原理圖猴子坐在單獨的房間，對著電腦顯示器呈現出虛擬化身的手臂第8頁/共14頁Shared Control Task(共享控制任務）(X,Y) position of the virtual arm was decoded during centre-out movements from the two monkeys brains with each given 50% control of the arm. 第9頁/共14頁Partitioned Control Task（分區控制任務）

7、X position of the arm was decoded from one monkey and Y position from the other during centre-out movements toward targets.第10頁/共14頁Triad Control OF 3D Movements(三組三維動作的控制）This picture shows the 3-monkey task. Each monkey observed and had 50% control over 2 of the 3 dimensions (X, Y, or Z). Together, the three monkeys must accurately perform a 3-D centre-out movement to achieve reward.第11頁/共1