浅 谈 脑 一 机 接 口 的 发 展 现 状 与 挑 战new

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1、期肠卷6中国生物医学工租学报Vol.肠月2佣7年12〔汤名几己蛇Jo.如理妞ofB动脱幽二以D.砂峨而明Deceld犯r镖专题:脑一机接口研究本专题在组织和审阅过程中得到本刊编委清华大学高上凯教授的大力支持，我们对高教授为此付出的辛勒劳动表示深深的谢意!编辉部浅谈脑一机接口的发展现状与挑战高上凯.‘清华大学生物医学工程系.神经工程研究所，北京1仪蛇旧3)摘要:脑一机接口是在大脑与外部设备之间建立的直接的文沈通道。文中简单叙述了脑一机接口的发展现状.并探讨了未来发展中面临的挑战。关位词:脑一机接口:脑电:在线系统CommentsonRecentPro仑re明andChalleng留恤t

2、hes加dyofB面.一Conlputer】nterfaceGAos卜a飞一灿1‘(丈娜山腼叫了石‘秘幽刘应娜脱朗.烤1矛山召.晚of从.司召，沁己而咭，介叼乃翻之帕即妙，&卯堵llxx83)A加tract:B。二com四t，1血rfa，(BCI)p。、idesadi，tornmunicationPath，la，悦t价吧enb阳jnandex比翩1de丫ice二仆e减enl卿脚sgofBCI吕tu衡认山叱ril犯dint卜ep日per，朴ech公len罗吕infulu比developllent毗司引Jex目，dKe，切。r山:肠1二如puterinte雨Ce(BCI);electro

3、encephalo目刊11(E防):on一1二叮，tem中圈分类号R318文献标识砚人文t绷号1)258一8砚“21刃7}伪.0801一03加。与此相关的学术会议此起彼伏，学术刊物上的引言文章随处可见，相关领域的杂志有不少已经出版了脑一机接口(b。一compulerinterfal三。，Bcl)是脑一机接口的专刊。这一切都已经将脑一机接口的在大脑与外部设备之间建立的直接的交流通道。近研究推进到了一个热潮。10年来.脑一机接口的研究有了惊人的发展。但脑一机接口的研究大致可以分为“有创”的和是，脑一机接口作为连接生物智能系统与人工智能“无创”的两类。有关有创的技术又可以分为完全植系统的一

4、个复杂平台，对它的研究无疑是一项长期人的电极(将电极植人大脑皮层)和皮层表面电极而艰难的工作。(将电极放在大脑皮层的表面而不真正植人大脑)两种。前者最有代表性的工作是去年在Nat。。杂志上1脑一机接口的发展现状发表的由JohnDo。。gllue领导的研究小组的工作11]。如果是在10年前来谈论用大脑(人的思维)直他们将一个微小电极阵列植人了一名瘫痪病人的大接控制计算机或其他外部设备，可能还会有不少人脑运动皮层。这名受试者就可以通过他的思维来控认为是不可能的。但不可思议的事情还是发生了。制电视机、假肢，或操作计算机来发送电子邮件。与许多实验室的工作已经证明了用“思维”控制“行为”植人皮

5、层电极的方式相比较.在皮层表面放上电极是可能的。在过去的几年中，在全球范围内(当然也的方式虽然也需要做开颅手术，但由于避免了植人包括我国)，有越来越多的科研人员投人到脑一机接电极对皮层神经元的直接损伤，相对来说要安全些。口的研究中，研究小组和参与的人数都在急剧地增但是对大多数使用者来说，开颅手术还是无法接受收稿日期:2叨7一璐刃羞金项目国家自然科学基金重点项目(玉巧，刃22)。.通讯作者。E一二1:麟一‘@.1月功u..记二。万方数据中国生物医学工程学报26卷的。因此，此类研究目前都是在那些在手术前需要2.1脑电信息的解析用皮层电极实现病灶精确定位的癫痛病人身上完成正确解读大脑信息无

6、疑是脑一机接口系统成败的，今后的实用化前景仍无法预测。的关键所在。为了解析脑电信号，一般要经过噪声真正能为大多数使用者接受的是基于头皮脑电及伪迹去除、特征提取与模式分类这几个主要的信的无创的脑一机接口技术。但是，由于头皮脑电的信息处理步骤。在现有的研究报告中，已经提出了各号十分微弱，要从中获取有用的信息是十分困难的。种各样的信号处理与模式分类的方法比引。但是，并因此，在过去的十年中，大量的工作主要集中在对头不是所有的方法都能在实际的系统中应用，因为真皮脑电信号的解读方面。勿)万年，Mason等人在关于正实用的系统必须能实现实时的在线处理，还要解脑一机接口研究的调查中把现有的BCI系统

7、分为三决个体参数优化、“脑”与“机”交互适应、“休闲状态”种类型tZJ:信号转换系统(traosducer)、演示系统检测等问题。(d，nst叫ionsystem)、辅助设备(assisovede朽ce)控制2.1.1信号的实时在线处理系统。在有文献报道的79个Bcl研究组中，有10个实现信号的实时在线处理的一个前提条件是系实现了基于BCI的辅助设备控制(占13%)，26个设统有足够高的信号处理速度。在离线信号解析的研计了Bcl演示系统(占33%)，其余4