脑机接口是一种技巧体系，它建立了大年夜脑与计算机或其他外部设备之间的直接通信通道，使个别无需经由传统的肌肉活动或神经体系，直接用大年夜脑活动来控制外部设备或应用。近年来，脑机接口技巧在生物医学、神经康复和智能机械人等范畴取得重大年夜进展，引起广泛存眷。在医学范畴，脑机接口技巧作为立异性研究偏向，在治疗神经体系疾病、促进患者康复和改良生活质量方面具有重要意义。

　　制图：张芳曼

　　加倍直不雅、高效的人机交互方法

　　脑机接口的基来源基本理是经由过程采集脑电图、脑磁图或脑内电极记录的神经元活动等神经旌旗灯号，应用旌旗灯号处理和模式辨认算法来解码，并转换成控制指令或输出旌旗灯号，从而实现对外部设备的控制或与外部设备的交互。

　　脑机接口技巧在医疗康复、神经科学研究、帮助对象开辟、虚拟实际、智能机械人等范畴具有广阔的应用前景。它供给了加倍直不雅、高效的人机交互方法，同时为患者供给了重要的检查、治疗和康复对象。

　　根据大年夜脑与外部设备之间信息传递的偏向，脑机接口可分为单向和双向两种类型。单向脑机接口中，人的大年夜脑活动被采集并解码，然后转换成控制旌旗灯号，用于控制轮椅或假肢等外部设备，但外部设备并不向大年夜脑发送任何反馈信息。双向脑机接口不仅能将解码的大年夜脑旌旗灯号用于控制外部设备，还可以经由过程电刺激将外部设备产生的反馈旌旗灯号传递回大年夜脑，使人感知外部情况或设备的状况，直不雅地与外部世界进行交互和沟通。

　　根据采集旌旗灯号的电极摆放地位，脑机接口可分为侵入式、非侵入式和半侵入式3种。侵入式脑机接口须要神经外科医师经由过程微创开颅手术将电极直接植入患者大年夜脑。这些植入脑内的电极记录大年夜脑电波旌旗灯号，经由处理、分析和编码后，将其转换为计算机或其他电子设备可识其余指令，实现对外部设备的控制。侵入式脑机接口的优势在于可以直接获取高质量、高时空分辨率的神经旌旗灯号，但其技巧难度大年夜，存在较高的安然风险，如植入物可能激发大年夜脑排异反响或因移动造成脑毁伤等。非侵入式脑机接口用穿戴在患者头部的设备来记录和解读大年夜脑信息，操作简单、成本低、安然性高。因为该技巧须要经由过程火皮和颅骨来采集旌旗灯号，是以只能获取到大年夜范围脑区的宏不雅活动旌旗灯号，获取范围有限，旌旗灯号空间分辨率较低，同时轻易受到外界干扰。半侵入式脑机接口平日将电极植入头皮下或硬脑膜外，无需穿透大年夜脑皮层采集旌旗灯号，具有较高的旌旗灯号质量和分辨率，同时降低了直接植入脑内带来的安然风险。

　　脑机接口技巧有望应用于脑神经疾病治疗，为将来的医疗和康复设备供给加倍智能化和个性化的解决筹划，推动医疗范畴向加倍人道和高效的偏向成长。别的，脑机接口也促进了神经科学和脑机交互范畴的研究，深化对人类大年夜脑功能的懂得。

　　尽管脑机接口技巧已经取得明显的进展，但其将来应用仍然面对诸多挑衅。

　　为神经体系疾病患者带来治疗和康复欲望

　　肢体活动障碍是因为脑毁伤、脑卒中、脊髓毁伤、肌萎缩侧索硬化（渐冻症）等疾病引起的偏瘫、截瘫或掉语等症状。脑机接口设备可以或许有效获取患者的活动意图，让患者经由过程意念控制假肢或轮椅，从而恢复部分活动才能。此外，在言语康复方面，脑机接口技巧可以赞助无法口述的患者经由过程意念将思维转化为文字或语音输出，从而实现言语交换的目标。

　　我们平日所说的“植物人”，是指颅脑外伤、脑卒中、缺氧性脑病等导致经久陷于意识障碍的患者。受到言语、认知、活动等功能障碍的影响，临床往往难以精确评估这些患者的状况。脑机接口技巧经由过程分析脑电反响，探测患者是否存在隐匿性指令跟随的潜力，从而对患者的意识状况进行评估。应用这项技巧，医师可以或许更精确地懂得患者的意识程度，甚至与意识障碍患者进行沟通。

　　近年来，神经体系疾病已成为全球性的医疗难题，对人类健康和社会成长构成严格挑衅。根据世界卫生组织引用国际威望神经学杂志数据，全球跨越1/3的人口受到神经体系疾病的困扰，包含偏头痛、中风、婴儿脑毁伤、痴呆症、癫痫、早产儿神经体系并发症、孤单症谱系障碍等。这些疾病不仅导致健康问题，还给医疗体系和社会经济带来巨大年夜包袱。脑机接口技巧在医疗健康范畴展示巨大年夜潜力，为宏大年夜的神经体系疾病患者群体带来了新的治疗欲望和康复门路。尤其是针对肢体活动障碍、意识与认知障碍、癫痫和精力性疾病等的治疗和康复，脑机接口技巧取得重冲要破和长足进展。

　　脑机接口技巧经由过程及时监测癫痫患者大年夜脑的电活动，辨认和分析异常的电旌旗灯号模式，从而猜测癫痫发生发火的可能性。一旦监测到癫痫发生发火的迹象，体系可以急速发出警报，提示患者及时采取办法，如服用抗癫痫药物或调剂生活方法，以减轻发生发火的严重程度或避免其产生。这种个性化的预警体系不仅可以赞助患者更好地治理癫痫症状，还可以削减病发对日常生活的干扰。

　　精力性疾病是一种复杂的脑部疾病，包含焦炙症、抑郁症、精力决裂症等，其发病原因与遗传身分、社会身分、心理身分相干。脑机接口可以或许获取脑电旌旗灯号的特点，有效分析和研究患者的心理状况，实施神经反馈练习，赞助改良患者的神经功能和心理状况，对精力疾病的康复治疗具有重要意义。

　　推动技巧立异，加强规范治理

　　大年夜脑是人体最神秘且复杂的器官，深刻摸索大年夜脑的构造和功能对于解析和应用神经旌旗灯号至关重要。大年夜脑由约1000亿个神经元构成，这些神经元有至少100万亿个突触的连接点。大年夜脑神经元之间经由过程放电产生的电传导互相接洽，形成功能性脑收集，完成多种复杂的认知义务。即便在科技高度蓬勃的今天，我们对大年夜脑运作机制的熟悉已经取得了很大年夜进展，但对于大年夜脑高等功能如情感和记忆等方面的懂得仍然较为有限。是以，须要神经科学家赓续深刻研究脑功能，摸索其工作道理和内涵机制，更好地舆解大年夜脑神经旌旗灯号的生成和传递过程，从而更精确地解析和应用这些旌旗灯号，推动脑机接口技巧赓续成长。

　　在技巧层面，电极材料、芯片运算才能是脑机接口技巧的关键构成部分，扮演着连接大年夜脑与外部设备的桥梁角色。开辟加倍靠得住、稳定和高效的脑机接口技巧和设备，才能更好知足临床须要。电极研发重要难点在于若何包管电极的经久安然和有效性，晋升材料与大年夜脑组织的兼容性，降低人脑排异反响，并可以或许采集更高精度的脑电旌旗灯号。为了最大年夜限度降低大年夜脑毁伤，电极的设计和植入过程也须要精心推敲和优化。同时要赓续晋升芯片运算才能，以实现对大年夜量神经旌旗灯号的高效处理和分析，为患者供给加倍安然、靠得住的治疗筹划。