脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（81页）

行业报告下载 2021年07月21日 09:11 管理员

这类脑机接口需要采用神经外科手术方法将采集电极植入大脑皮层、硬脑膜外或硬脑膜下，如图３中的皮层内记录和皮层表面记录（ECoG）。根据是否植入皮层内或创伤的程度，可分为完全植入式脑机接口（创伤性较大的皮层内记录脑机接口）和微创脑机接口（基于 ECoG 的脑机接口）。侵入式脑机接口的电极长期稳定放置，直接记录神经元电活动，信号衰减小，信噪比和空间分辨率高。但这属有创伤植入，技术难度大，存在继发感染可能性，一旦发生颅脑感染、电极故障或电极寿命结束，需将电极取出，会造成二次损伤。微创脑机接口可能比皮层内记录脑机接口更易实用化，但总的来说，侵入式脑机接口有待深入研究，突破相关技术瓶颈，具有重要的科学研究价值和潜在的应用前景。侵入式脑机接口的采集电极主要有刚性和柔性电极。刚性电极是侵入式电极的代表，其技术较成熟，稳定性好、电极密度高、耐体液腐蚀，密歇根电极和犹他电极是最具代表性的两种刚性电极。由于刚性电极硬度远高于脑组织，难以随大脑运动，容易形成愈伤组织从而减弱信号，因此柔性电极将成为未来发展的趋势。

柔性电极的弹性模量和剪切模量与脑组织类似,可以适应大脑的弯曲拓扑结构，柔性材料应具备良好的生物相容性、柔韧性和微加工工艺兼容性，聚二甲基硅氧烷(PDMS) 、聚酰亚胺(PI) 、聚对二甲苯(Parylene) 等是常用材料。 2）非侵入式脑机接口这类脑机接口通过附着在头皮上的穿戴设备（如脑电帽、近红外头盔或磁共振头线圈等）测量大脑的电活动或代谢活动，无需手术，安全无创。其中脑电帽是最常用的非侵入式传感器，可以在头皮上监测到群体神经元的放电活动，时间分辨率高，但空间分辨率低，且受大脑容积导体效应的影响，传递至头皮表面时衰减较大，易被噪声污染，信噪比低。除了最常用的从头皮采集脑电信号，现今用于非侵入式脑机接口系统的脑信号采集方法还有以下几种：功能近红外光谱(fNIRS)、功能性磁共振成像 (fMRI)、脑磁 (MEG)等。这些脑信号采集技术的时间分辨率和空间分辨率各不相同，与侵入式采集技术的时空分辨率相比较，如图 5 所示。 fNIRS 技术利用血液的主要成分对 600-900nm 近红外光良好的散射性，从而获得大脑活动时氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的变化情况[13]。该技术性价比高、便携性好、噪声小和生态效应较好（能容忍用户一定程度的动作）等优点, 但空间分辨率和时间分辨率不高，需要通过算法在一定程度上提高。基于 fNIRS 的脑机接口具有潜在的研究和应用价值。