脑机接口技术在医疗健康领域应用白皮书（121页）

行业报告下载 2023年12月19日 07:48 管理员

脑机接口（brain-computer interface，BCI）在大脑与外部设备之间建立直接交互的通信和控制通道[1]。随着脑机接口、人工智能、生物医学工程、神经工程与康复工程、认知神经科学与心理科学等的发展，BCI 的内涵和外延在不断丰富。狭义的 BCI 是指利用中枢神经系统产生的信号，在不依赖外周神经或肌肉的条件下，把用户的感知觉、表象、认知和思维等直接转化为动作，在大脑（含人与动物脑）与外部设备之间建立直接的交流和控制通道，其目的主要是为疾病患者、残障人士和健康个体提供可选的与外部世界通信和控制的方式，以改善或进一步提高他们的生活质量[2][3][4]。这类脑机接口系统主要由大脑向外部设备输出通信或控制指令（输出式脑机接口），并把结果通过视听觉等反馈形式提供给用户形成闭环以调节其脑活动信号，从而提升脑机交互的性能[5]。图 1 为狭义的 BCI 技术系统示意图[6]。

除此而外，还有另一类脑机接口，主要由外部设备或机器绕过外周神经或肌肉系统直接向大脑输入电、磁、声和光等刺激或神经反馈（输入式 BCI），以调控中枢神经活动，如深部脑刺激（deep brain stimulation ， DBS ）、经颅磁刺激（ transcranial magnetic stimulation，TMS）、经颅电刺激（transcranial electrical stimulation， TES）和经颅超声刺激（transcranial ultrasound stimulation，TUS）等[7]。图 2 为以输入为主的双向闭环 BCI 系统示意图[7]。广义的脑机接口是指任何大脑与外部设备直接相互作用的系统，包含上述狭义的输出式 BCI 和输入式 BCI。实际上，输出式 BCI 和输入式 BCI 均可由神经反馈构成交互式的闭环系统（即交互式 BCI），主要看是以输出式为主还是以输入式为主，取决于所设计 BCI 的主要功效。双向闭环 BCI（包括从大脑到外设以及从外设到大脑）属于交互式 BCI。图 3 显示了面向康复训练应用的双向闭环 BCI。脑卒中患者可通过双向闭环 BCI 进行康复训练，以促进大脑重塑实现功能代偿[7][8]。