脑机接口——脑信息读取与脑活动调控技术

脑机接口(brain-computer interface, BCI)技术通过建立大脑与外部设备之间直接的信息交流和信号控制通道,实现脑思维活动与外界通信和交互作用,从而进行脑信息读取、外部执行设备的控制,以及脑活动的调整和控制.脑机接口是一种多学科融合的交叉技术,涉及神经科学、计算机科学、通信与信息处理技术、人工智能技术等,展现了广阔的发展和应用前景,包括医疗与康复、科学与教育、自动驾驶、工业控制等.同时,脑机接口技术的发展和应用面临重要的技术以及法律和伦理方面的挑战.本文简要介绍脑机接口技术的基本原理和组成,从信号获取、神经解码和认知脑机接口等关键技术角度阐述了国内外研究现状:从技术角度,讨论了脑机接口技术面临生物兼容性、通信速率、信号获取和处理、神经解码、安全等方面的挑战;从伦理和法制角度,指出该技术面临隐私、自由意志、身份认同和社会公平等方面的挑战.最后,展望了脑机接口技术未来的研究方向和应用前景.     

脑植入设备等于思想的未来吗？

<正>脑机接口技术(BCI)飞速发展,硅谷的公司正在进军这个领域。会不会在不久以后,我们所有人都用头脑来打字?将近两年前,丹尼斯·迪格雷(Dennis Degray)发送了一条不同寻常的短信给他的朋友:"你现在手里拿着的,是史上第一条从一个人大脑的神经元发送到另一个人的移动设备的短信。"他回忆短信的文字,"你刚刚创造了历史。"     

"脑机融合", 当梦想照进现实

<正>思考的电子化交流2020年8月28日,美国企业家埃隆·马斯克旗下的神经连接公司举办了一场大型发布会,会上展示了脑机接口技术在工程学上的新进展,公开了未来有望更便捷易用的自动植入手术设备,再次激发了人们对脑机接口技术的热情和期待。发布会的亮点在于实验动物从2019年夏天的大鼠变为小猪,后者与人类的相似度比前者更高。植入手术由一台专用机器人完成,植入物仅有硬币大小,全过程仅需一小时,并可"当天出院"。     

脑-机接口的前沿进展

<正>大家提到脑﹣机接口,就会联想到在黑客帝国等科幻片中出现的场景,这其实并不是天马行空的幻想,而是基于早已有之的"脑﹣机接口"技术的合理设想。要想了解脑﹣机接口这一概念,首先需要了解大脑的结构。大脑容量有1.3升,是宇宙中最复杂的结构,拥有1 000亿个神经元,这些神经元之间形成了超过100兆(Trillion)个连接。我们可以将大脑看成是一个信息处理装置,它创造了一切人类文明成果,包括科技和文化等。     

打开思维之门的脑机接口技术

<正>人们将芯片植入大脑,使人脑与计算机相连,通过思维来操控外部世界,获得"超能力";实现人与人之间大脑的直接通信或思想交流;读取或改变人的记忆等场景不断出现在各种科幻作品中,被赋予了特殊而又神秘的魔力。如今,随着脑机接口(BCI)技术的快速发展,这些科幻场景不再是异想天开,有些已经走出实验室,进入临床应用,甚至未来将会成为我们日常生活的一部分。     

脑机接口新突破：瘫痪人士可用意念写字了

正2021年5月12日,《自然》发布封面文章:斯坦福大学的科学家结合脑机接口与人工智能,创建了一套皮质内脑机接口系统,此系统可将大脑控制"手写"的神经活动破译为"笔迹",再把"笔迹"实时转化成电脑屏幕上的文本,从而帮助瘫痪人士实现超越物理限制的"脑写"。这一创举是科学界的首次。     

全数据时代

正一和往常一样,梅子在一连串的数据中醒来:"您的体温36.2℃,昨晚您睡了7小时49分钟……"这声音是从她大脑里"生长"出来的。脑机接口技术成熟后,电子秘书就通过刺激大脑颞叶皮层,模仿听觉冲动,来制造只有—个人能"听"到的声音。"黄兆京的演讲几点开始?""10点20分。已经赶不上了。用最快的速度,也要10点30分才能到。""我路上再快点,兴许还能赶上……""根据以往的数据和今天您的各项指标,计算后得出,最快10点30分您将出现在学校礼堂门口。"此时洗手台的镜子显示出一个笑脸Emoji,电子     

英皇家学会呼吁调查新一代脑植入设备

<正>科学家认为脑植入设备可以在未来几十年内使人类实现"心灵感应",帮助瘫痪人士重获行走能力。脑植入设备领域内的很多领军科学家表示,社会必须要为一场技术革命做好准备。在这场技术革命里,脑植入设备可以帮助人们通过"心灵感应"进行交流,通过脑电波"下载"新技能,甚至在脑电波形式的"神经明信片"中描绘自己假期里的奇遇。     

惊人“读脑术”大揭秘

现年54岁的美国纽约心理学教授马克·萨勒姆被人誉为"读脑大师"。他就像一台活的"测谎机",能够靠别人身上最细微的表情和动作识别出他们有没有撒谎。萨勒姆通过倾听声音,就能算出别人口袋里有多少钱币;纽约警察局对他奉若神明,多次请他向警察们传授如何识别嫌犯撒谎的技巧。最近,萨勒姆在其新书《大脑游戏》中,首次详细地披露了他惊人"读脑术"的奥秘。     

惊人"读脑术"大揭秘

现年54岁的美国纽约心理学教授马克·萨勒姆被人誉为"读脑大师".他就像一台活的"测谎机",能够靠别人身上最细微的表情和动作识别出他们有没有撒谎.萨勒姆通过倾听声音,就能算出别人口袋里有多少钱币;纽约警察局对他奉若神明,多次请他向警察们传授如何识别嫌犯撒谎的技巧.最近,萨勒姆在其新书《大脑游戏》中,首次详细地披露了他惊人"读脑术"的奥秘.     

基于对称导联EEG特征分析的脑损伤部位判别

提出了一种基于对称导联的脑电(EEG)分析方法,以探讨脑电特征和脑损伤部位之间的对应关系,实现损伤部位的判别.研究样本由脑损伤导致的严重意识障碍患者25例(其中左侧损伤11人,右侧损伤14人)和对照组正常人8例组成.首先,提取安静状态下的脑电信号低频段(δ+θ)和高频段(α+β)的功率谱比值和近似熵2种特征参数,并分别计算对称导联的EEG特征参数的比值;然后,分析不同对称脑区的特征参数比值,基于此特征参数比值对损伤部位进行判别;最后将判别结果同CT图像诊断结果进行匹配对比.结果表明,严重意识障碍患者的脑损伤和未损伤部位对称电联之间脑电特征参数比值具有显著性的差异(P<0.05),基于对称导联EEG特征分析的脑损伤部位判别结果和基于病例CT图像的诊断结果相吻合.因此,基于对称导联的EEG分析法能够简便可靠地实现脑损伤部位的判别,在脑功能研究和临床辅助诊断中有一定的应用推广价值.     

丘脑钙、镁含量与电针镇痛的关系

过去的工作发现,脑钙离子(Cd~(2 ))水平降低能提高电针镇痛效果,脑Ca~(2 )水平增高则对抗电针镇痛;给动物腹腔注射镁离子(Mg~(2 ))无镇痛作用,也不影响电针镇痛。为进一步查明脑Ca~(2 )在电针镇痛中的作用,本文在研究脑Ca~(2 )的同时,也观察了脑Mg~(2 )含量的变化及Mg~(2 )、Ca~(2 )比值与电针镇痛的关系。     

妙手绘仁心 精工出尚品

<正>精道选材动静互涵龟龄集组方选料共28味,应28星宿,依据传统医学"天地人合一"的整体观念,采用天地人三才合一之说,精选天冬、地黄、人参,天上飞物如雀脑,陆地逐物如鹿茸、穿山甲,水中游物如海马;遍采植物根(熟地)、茎(锁阳)、叶(淫羊藿)、花(丁香)、果(枸杞)、种子(菟丝子);更有浅表矿物(大青盐)和深层矿物(石燕)等一应自然之产,广     

评《人机交互中的体态语言理解》

<正>计算技术通过网络可以提供多种多样的信息服务,正深刻地改变着人们的生活.但要使计算真正融入生活、造福于民,目前"以机器为中心"的人机交互需要转变为"以人为中心"的模式.此外,在网络环境下,计算机不仅需要与用户交互,用户还将通过计算机(网络)实现人际之间的交流与互动.换句话讲,人-机与人-人的交互发生在物理与信息的联合空间中.正如此书所阐述的:为使人机交互摆脱必须在计算     

欧洲脑科学计划新动向

<正>作为入选欧盟委员会"未来和新兴技术计划"两个"旗舰"项目之一的"欧洲人脑计划"(HBP),最近因其董事会在调整二期方案中拟大幅减少在认知神经科学实验方面的投入,引发了欧洲神经科学界的不满。2013年10月启动的耗资十亿欧元的欧洲"人脑计划"(HBP),是一个旨在进一步加深理解人类大脑的庞大计划,为治疗神经系统疾病和开发信息技术开辟了新的途径。HBP是欧盟委员会"未来和新     

高位脊髓内注射5,6-双羟色胺对大鼠电针与吗啡镇痛的影响

针刺能激发脑内5-羟色胺(5-HT)能神经元的活动,这是实现针刺镇痛的必需条件。脑内5-HT能神经元的胞体主要集中于脑干中缝核群,大鼠的5-HT能上行纤维通过前脑内侧束(MFB)经中脑而主要分布于间脑、端脑。其下行纤维沿脊髓外侧束下行,末梢广泛分布于脊髓灰质。文献[2]报道,以机械损毁MFB后,端脑、间脑的5-HT与5-羟吲(口乃木)乙酸(5-     

从蓝脑计划到人脑计划:欧盟脑研究计划评介

正最近欧盟和美国分别启动和准备启动耗资巨大的两个脑研究计划——"人脑计划"和"尖端创新神经技术脑研究计划"。本文介绍欧盟人脑计划的背景、目标、内容及方法,也介绍学术界对此的见解和争议。关于脑和心智的研究已成为对当代科学最大的挑战之一。2000年,诺贝尔生理学或医学奖得主埃德尔曼(Gerald M.Edelman)说:"脑科学的知识将奠定即将到来新时代之基础。凭这些知识我们可医治大量疾病,建造模仿脑功能的新机器,而且更深入地理解我们自己的本质以及我们如何认识世界。""心智的生物学研究在21世纪的地位,正相当于基因研究在20世纪的地位,这已成为当前科学界的共识。"2013年春季,欧盟和美国分别启动和准备启动耗     

彩巢计划——“成长在中国”

随着中国进入老龄化社会,人口生育政策逐步放开,揭示脑与行为毕生发展的一般规律和常规模式(常模)正成为公共卫生和人口健康领域的重大基础需求.本文介绍"中国彩巢计划"(Chinese Color Nest Project—CCNP)这一在全国范围内分期分步地开展的项目规划,在10年(2013~2022年:http://zuolab.psych.ac.cn/colornest.html)内CCNP将积累毕生发展各年龄段的心理行为与脑影像样本,基于加速纵向实验设计方法建立中国人脑毕生发展的常模轨线.作为CCNP的发育项目"成长在中国"(dev CCNP:Growing Up in China)这一学龄儿童青少年脑与行为生长曲线项目,dev CCNP已经完成对重庆北碚区192名健康儿童青少年(6~18岁)的5年追踪.初步的研究结果表明,dev CCNP在实验设计、样本采集策略、数据获取和存储、初步发现和数据共享等方面具备长期实施的可行性,我国应及早部署开展儿童青少年的脑与认知生长曲线常模的大规模脑科学研究计划,提升中国在脑科学与医疗健康研究领域的国际实力和影响力,革新脑疾病临床实践.     

三维虚拟现实环境中基于EEG的异步BCI小车导航系统

脑机交互(BCI)目的是为了建立一种全新的对外信息交流通路, 它不依赖于常规大脑输出通道(外周神经系统及肌肉组织). 但是, 在大脑与计算机之间建立一种自然的、功能复杂的交互方式仍是一种挑战. 本文研究了如何使运动想象(MI)引起的事件相关去同步/同步(ERD/ERS)的持续时间可以被思维任务调制, 并提供一种额外的连续控制参数, 从而超越了传统的二值控制问题. 另外, 采用持续去同步的非锁时性, 开发了基于累积增量控制策略的异步BCI系统, 即三维虚拟现实中小车导航系统. 实时实验结果表明, 本文所提出的方法能够使受试者采用运动想象EEG在复杂的三维虚拟现实环境中平稳地驾驶小车.     

人体中的微弱磁场

人和生物体中的生物电流会产生微弱的磁场,例如人的心脏收缩舒张会产生约10~(-5)～10(-6)高斯的心磁场,人受到光线、声音或电等刺激时会在人脑部产生约10~(-8)～10(-9)高斯的脑磁场或称(脑)神经磁场。这些心磁场和脑磁场随时间变化的曲线称为心磁图(MCG)和脑磁图(MEG),与心电图(ECG)和脑电图(EEG)很相似。测量和研究人的心磁图、脑磁图和人体中其他部分(如肌肉、肺部等)的磁场,对于了解一些生理活动和病变机制很有帮