【首届脑机接口与康复科普比赛】来自“脑机接口”的自我介绍（图文类）优胜奖-

前段时间《令人心动的offer》医生季得到了大众的关注，其中有个案例就提到：有一位高位截瘫的张老伯，作为志愿者他接受了植入式脑机接口的治疗，通过“意念”操控机械手，与医生握手，拿取食物，那么他是如何做到的呢？

我们脑机接口(Brain-Computer Interface, BCI)是一个通过获取中枢神经系统活动并将其转化为人工输出来替代、恢复、增强、补充或改善中枢神经系统正常输出，由此改变中枢神经系统与内外环境之间持续交互作用的系统。我们“脑机接口”绕过外周神经和肌肉直接在大脑与外部设备之间建立一条信息传输和控制通道以实现脑与外部设备之间的直接交互。

那我们脑机接口到底是如何工作的呢？

脑机接口由包括6大系统组成：

1.大脑产生的脑活动：也就是患者所产生的意念

2.脑信号采集：通常有一个帽子或者芯片之类的进行信号采集。采集出的信号的质量至关重要

3.脑信号处理与解码：简单来说就是对采集的内容进行预处理和特征提取并解码

4.控制接口：将解码的逻辑控制信号通过语义控制信号，再转化为物理控制信号传输给外部设备

5.机器人等外部设备：外接设备多种多样(计算机系统：操作字符输入/光标移动等；机器系统：康复机器人、神经假肢、轮椅等)。

6.神经反馈：实现双向脑机交互的关键。

总的来说，6大系统相互协调，实现我们脑机接口完整的工作路径：

即：将患者的意念比作“输入端”，外接设备比作“输出端”，中间部分比作一根“数据线”。患者的意念通过“数据线的输入端”被获取，然后经过脑机接口设备的分析，形成指令，指挥“数据线的输出端”执行。

那我们是如何获取到你的“意念”的呢？

主要是通过以下这3种方式

**第1种--侵入式：**需要通过开颅手术的方式将电极植入到硬膜外，该方法采集的脑电信号精度高、噪声小，是脑机接口未来重要发展方向。但技术难度大，存在继发感染风险可能性。难以获得长期稳定的记录，需要医护人员长时间连续观察。

**第2种--半侵入式：**即将电极植入到颅骨和大脑皮层质检的脑膜上，不直接接触神经元细胞，降低了免疫反应和感染的风险。虽然其获得的信号强度及分辨率弱于侵入式，但是损伤小了很多，而且也能过滤掉许多干扰信号。

**第3种--****非侵入式：**无需手术，只需在头部佩戴信号采集帽，即可采集大脑信息。这种方式最常用，且安全无创，但由于颅骨对于大脑信号的衰减作用，以及对于神经元发出的电磁波的分散和模糊效应，空间分辨率和信噪比低。

我们脑机接口看似高深莫测，但却能极大地解决患者需求

在医疗健康、娱乐、智能家居、军事、教育等我们都得到了应用，服务的人群包括神经系统和肌肉系统瘫痪等患者、健康人群、特殊环境工作人员等。提到康复领域，我们可以改善某种疾病的症状或者恢复相关功能。

1、我们能做功能障碍患者的“贴身助理”，让患者“行动起来”：我们通过解码患者移动患肢的意图，并将这些意图用来向患者提供各种形式的感觉-运动反馈，如实际运动、触觉反馈、视觉反馈等，进一步将指令传达到目标肌肉群或辅助矫形器，或是对机械臂进行操控，达到自主饮水、进食，甚至是行走等目的。

2、我们可以做言语功能障碍患者的“代言人”，让患者“说出来”：

结合脑机接口，将意念转化为文本或声音，实现脑损伤后出现语言表达障碍或闭锁综合征患者与家属的无障碍沟通。

3、我们还可以是卒中后抑郁、焦虑障碍患者的“晴雨表”，使用BCI实时监测的闭环脑刺激技术随时监测心理状态，如抑郁、焦虑、集中力等，能为治疗中风后引起的情绪功能障碍提供一种有效的手段。

4、认知障碍：我们作为认知障碍患者的“勘探机”，能够准确识别出微小意识状态及认知-运动功能分离的患者，并将此类患者的认知进行输出。

经过科学家们的多年设计研究，现脑机接口的产品可以应用于脑卒中后遗留功能障碍、脊髓损伤高位截瘫等神经系统疾病引起的功能障碍、帕金森病、意识障碍患者促醒、渐冻症、心理调节障碍等患者中。

随着社会的发展和科技的进步，人工智能和脑科学也在不断发展，“十四五”规划首次将我们“脑机技术”写入需要重点公关的技术品类中；2021年，我们国家也启动了2030重大项目“脑科学与类脑研究”，进一步支持了我们“脑机接口”技术的发展。现阶段的我们还都是“奢侈品”，待不久的将来，通过脑机接口配套系统、芯片等技术的不断发展与改进，脑机接口相关康复设备的量产，必定能成为偏瘫患者或截瘫患者快速康复的利器！

参考文件：

[1]Vidal,J.J.(1973).Toward direct brain-computer communication. Annual review of Biophysics and Bioengineering, 2(1), 157-180.

[2]赵欣,陈志堂,王坤,等.运动想象脑-机接口新进展与发展趋势[J].中国生物医学工程学报,2019,38(01):84-93.

[3]张晟婕,赵长丽,宁伟程等.脑机接口技术的伦理风险及应对措施[J].中国医学伦理学,2024,37(01):61-68.

[4]颜媛媛.医疗领域的“ChatGPT”？躁动的脑机接口赛道[N].电脑报,2023-06-05(012).DOI:10.28184/n.cnki.ndina.2023.000382.

[5]梁文栋,郭晓辉,程波等.脑机接口在康复医学中的应用进展[J].医疗装备,2022,35(21):193-196.

作者：严靖雯李依文张晶晶陈妍沈花

单位：上海交通大学医学院附属同仁医院