脑机接口的现状和未来.doc

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1、脑机接口的现状和未来　　追求“蝴蝶一样自由的思维”，甚至是所谓“永生”，是人类美好的梦想。站在神经科学和神经工程的角度，今天我们离这个目标还很遥远，根本的问题在于我们对大脑的工作机制，特别是信息编码的规律知之甚少。　　想象一下，如果有一天你醒来发现全身动弹不得，只能眨眨眼，你会怎么办？　　法国时尚杂志ELLE主编鲍比就经历了这种事情。他现在只能躺在病床上，四肢无法动弹，甚至一点声音都发不出，唯一能做的只是眨一眨左眼。语言治疗师亨瑞特对他尽心照料，鲍比想对她说声谢谢，他需要在亨瑞特一遍遍复述法语字母表的时候，眨五次眼睛，才能“拼写”出MERCI

2、这个法语单词。鲍比因为突如其来的中风，全身肌肉瘫痪，进入了完全闭锁的状态（Locked-inSyndrome），眨动左眼是他唯一和外界交流的方式，可是他的大脑和思维是完全鲜活而正常的，这种孤独与绝望可想而知。不可思议的是，鲍比竟然靠眨眼睛“写”出了一本回忆录《潜水钟与蝴蝶》，同名电影2008年获金球奖。在我主讲的《神经工程原理》课上，每当讲到“脑机接口”(BrainComputerInterface,脑机接口的现状和未来　　追求“蝴蝶一样自由的思维”，甚至是所谓“永生”，是人类美好的梦想。站在神经科学和神经工程的角度，今天我们离这个目标还很遥

3、远，根本的问题在于我们对大脑的工作机制，特别是信息编码的规律知之甚少。　　想象一下，如果有一天你醒来发现全身动弹不得，只能眨眨眼，你会怎么办？　　法国时尚杂志ELLE主编鲍比就经历了这种事情。他现在只能躺在病床上，四肢无法动弹，甚至一点声音都发不出，唯一能做的只是眨一眨左眼。语言治疗师亨瑞特对他尽心照料，鲍比想对她说声谢谢，他需要在亨瑞特一遍遍复述法语字母表的时候，眨五次眼睛，才能“拼写”出MERCI这个法语单词。鲍比因为突如其来的中风，全身肌肉瘫痪，进入了完全闭锁的状态（Locked-inSyndrome），眨动左眼是他唯一和外界交流的方式

4、，可是他的大脑和思维是完全鲜活而正常的，这种孤独与绝望可想而知。不可思议的是，鲍比竟然靠眨眼睛“写”出了一本回忆录《潜水钟与蝴蝶》，同名电影2008年获金球奖。在我主讲的《神经工程原理》课上，每当讲到“脑机接口”(BrainComputerInterface,BCI)的时候，一定会给学生们推荐这部感人至深的电影，因为我和所有从事神经工程研究的同行们都坚信，总有一天脑机接口技术会帮助鲍比这样的病人，让他们不再生活在密闭的“潜水钟”里，通过脑电或者神经活动自由地表达自己，让思想可以像“蝴蝶”一样自由地飞翔。　　　　电影《潜水钟与蝴蝶》中的拼字板　

5、　其实像鲍比这样思维被封闭在瘫痪身体中的病人不在少数，著名物理学家霍金就是类似的症状，他患有肌萎缩性脊髓侧锁硬化症（ALS），也就是2014年夏天流行的“冰桶挑战”提醒公众关注的“神经渐冻症”。中国有一位年轻的神经渐冻症病人王甲，他也用“眨眼睛”的方式写了本书《人生没有假如》。“神经渐冻症”的发病原因还没有研究清楚，目前也没有治疗和康复的办法。病人在发病初期出现肌肉无力萎缩的症状，随着病程发展，逐渐失去运动、说话和吞咽能力，甚至需要呼吸机帮助呼吸。高位截瘫、重症肌无力等疾病也会带来运动和沟通的困难，他们同样需要脑机接口的帮助。　　　　用思维控

6、制幻灯片播放　　科学家最早尝试脑机接口研究，是在1963年的英国。BurdenNeurologicalInstitute的GreyWalter医生用当时非常前沿的脑电技术和他的病人开了个“玩笑”。这些癫痫病人因为确定脑内病灶的需要，做了手术，脑内放了电极，贴近大脑皮层，可以获取非常清晰的神经活动。因为电极比较大，记录阻抗低，虽然不能记录单个神经细胞的放电，但能记录到电极周围神经细胞共同活动的场电位(FieldPotentials)。这些病人会带着电极在医院生活一两周。Walter医生突发奇想，在病人们欣赏风光幻灯片的时候，偷偷把脑电电极连接到

7、了自己发明的“电位转换器”上，把病人大脑运动皮层的场电位信号，转换成了幻灯机换片的控制信号。于是“心想事成”的奇迹发生了：病人每次打算换片，但还没有按动按钮时，幻灯机就已经知道了他的想法，自动换片了！这是脑机接口技术的第一次完整实现：采集大脑神经信号，翻译转换后控制外部设备。　　这个概念在当时非常超前，只有科幻电影中才会出现。这个“玩笑”背后是Walter医生通过对脑电活动的定量测量和深入探索，发现了与注意和期待有关的脑电活动。在此之前，所谓“脑电”仅仅指每秒10次左右的节律性起伏（Alpha波），通过这种起伏可以推测人脑的警觉状态，不能反映

8、精细的思维活动。Walter医生也是个非常优秀的工程师，他采用多次平均技术，去除噪声，得到脑电发明以来最“纯净”的脑内活动波形——事件诱发电位（EventRelat