植入式脑机接口系统实现、临床进展与技术挑战

近年来,脑机接口的临床实验进展使得该技术受到了越来越多的关注。本文综述了植入式脑机接口(implantable brain-computer interfaces,iBCIs)的系统实现及最新临床进展,随后对制约iBCIs规模化的关键技术及挑战展开了讨论。在系统实现部分,本文将前端电极分为刺入式和贴附式两种类型展开介绍,并将实验范式视作解码器的学习基准放置于信号处理与解码器部分进行讨论,同时将效应器视作i BCIs系统的关键部分进行了单独的讨论分析。在临床进展部分,本文从患者的角度出发,将iBCIs系统的最新临床进展分为功能康复和功能替代两种类型并对两者的功能界限作了深入探讨。最后,文章提出,目前iBCIs关键技术挑战来源于多个方面,包括高通量且高生物相容性神经界面、准确且鲁棒的解码算法和涉及患者与制造商之间可能存在的伦理隐私安全问题。因此,iBCIs技术发展需要相关各方共同努力助力推进更为广泛且深入的临床应用。

绳带辅助本体感觉神经肌肉促进技术训练联合绳带辅助脑机接口训练对脑卒中偏瘫上肢康复效果的随机对照试验

目的探讨绳带辅助本体感觉神经肌肉促进技术(PNF)训练联合绳带辅助脑机接口(BCI)训练在脑卒中偏瘫患者上肢康复中的应用效果。方法2022年3月至2023年2月,选取广西医科大学第二附属医院脑卒中偏瘫住院患者96例,随机分为常规组(n=32)、PNF组(n=32)和联合组(n=32)。各组均给予常规康复治疗,常规组给予上肢PNF训练,PNF组给予上肢绳带辅助PNF训练,联合组给予上肢绳带辅助PNF训练和上肢绳带辅助BCI训练,共4周。治疗前后,分别采用偏瘫上肢功能测试-香港版(FTHUE-HK)、Fugl-Meyer上肢功能评定(FMA-UE)和改良Barthel指数(MBI)进行评估。结果各组FTHUE-HK评分、MBI评分的组内效应(F>341.219,P<0.001)、组间效应(F>21.705,P<0.001)和交互效应(F>3.171,P<0.05)均显著;FMA-UE评分的组内效应(F=520.472,P<0.001)和组间效应(F=41.939,P<0.001)显著,交互效应不显著(P>0.05)。治疗后,各项指标均为联合组最优(P<0.05)。结论绳带辅助PNF训练联合绳带辅助脑机BCI训练能进一步促进脑卒中偏瘫上肢运动功能障碍患者的恢复,提高其日常生活能力。

脑机接口技术对缺血性脑卒中患者平衡功能及血清IL-6、TNF-α水平的影响

目的观察脑机接口控制脚踏训练系统对缺血性脑卒中患者平衡功能及血清白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平的影响。方法选择2022年9月—2023年9月住院治疗的40例缺血性脑卒中患者作为观察对象。根据随机数字表法将患者均分为卒中对照组和卒中实验组。同时招募20例性别、年龄相当的健康受试者作为健康对照组,采集相关足底压力数据。卒中对照组患者接受包括上下肢主被动运动训练系统在内的常规康复训练,卒中实验组将卒中对照组中的上下肢主被动运动训练系统替换为脑机接口控制脚踏训练系统进行康复治疗,其他不变。治疗4周前后使用足底压力评估系统分别采集两组卒中患者睁闭眼状态下的双侧足底压力对称指数(SI)及身体压力中心(COP)摆动面积;采用Fugl-Meyer下肢运动功能评分(FMA-LE)、Berg平衡量表(BBS)对两组卒中患者进行评估;同时比较两组治疗前后血清IL-6、TNF-α水平。结果①两组卒中患者治疗后睁闭眼状态下的SI值及COP摆动面积均较入院前改善,且卒中实验组结果优于卒中对照组(P<0.05),但与健康对照组仍存在差距(P<0.05)。②两组卒中患者治疗后BBS、FMA-LE评分均较治疗前升高,且卒中实验组分数大于卒中对照组,差异有统计学意义(均P<0.05)。③两组卒中患者治疗后血清IL-6、TNF-α水平均较前下降,卒中实验组血清IL-6、TNF-α水平下降程度大于卒中对照组,差异有统计学意义(P<0.001,P<0.05)。结论脑机接口控制脚踏训练系统对于缺血性脑卒中偏瘫患者平衡功能的恢复具有促进作用,其机制可能与血清IL-6、TNF-α水平降低有关。

脑机接口技术嵌入的风险表达及法律规制逻辑

脑机接口技术是一项变革性的、颠覆传统的新型人机交互技术。作为一个亟待关注的多重应用场景,脑机接口技术体现在“脑控”式应用和“控脑”式运作两个方面。某种意义而言,以健康为代价的脑机接口技术对个体用户的躯体造成了一定的伤害,个人信息与隐私泄露模糊了“数字人”权利彰显的边界,脑机接口技术的“恶用”也带来了技术谋私与犯罪的可能性。要厘定脑机接口技术风险法律规制的逻辑起点,建立严格的数据隐私和保护制度,完善数据隐私的保护机制。在确保使用者知情同意的基础上,落实个体信息的隐私与数据安全。总体来看,脑机接口的法律规制不但要彰显技术向善与有效性的统合,而且要围绕安全性和可靠性进行监管。通过规范脑机接口技术的应用场景和范围,对技术使用者的人身安全以及伦理风险进行法律规制。

基于文献计量和专利分析的中美脑机接口领域技术竞争态势比较研究

为探究中美两国脑机接口技术竞争态势以及我国脑机接口技术发展问题,基于文献计量和专利分析方法对两国脑机接口领域的技术竞争态势进行了比较分析,结果显示美国脑机接口领域研发资助机构更加多元,且注重应用导向下的基础研究,我国的资助机构较为单一,主要开展纯基础研究;中国与美国分别侧重脑机接口技术应用研究的不同领域,中国开展脑机接口技术应用研究的创新主体以大学为主,美国则主要包括企业和大学,中国发明专利的申请主要在国内,美国则注重在全球范围内进行专利布局。提升中国脑机接口技术的整体竞争力需要从强化基础研究的应用导向、加强企业创新主体作用、拓展全球专利布局等多方面着手。

康复领域应用脑机接口技术的研究进展

脑机接口技术(Brain-Computer Interface Technology,BCIT)是一种多学科交叉融合的新型人机交互技术,其在肢体功能康复、精神状态监测、识别等方面均取得重大研究进展。但当前的脑机接口康复系统仍处于实验应用阶段,在神经机理、理论技术、硬件设备、交互设计等方面仍存有瓶颈。本文阐述BCIT基本原理及其分类,总结BCIT的国内外现状,归纳BCIT在康复领域中诊断、治疗、评估3方面的具体应用。将康复、脑机接口、护理进行交叉融合,对BCIT在临床应用中具有的优势及面临的挑战进行整理和评述,以期促进BCIT的临床应用、实践设计等研究。

脑机接口技术发展现状及未来展望

本文回顾了脑机接口技术(BCI)的发展历程,从20世纪20年代的科学幻想期到21世纪的技术爆发期,概述了BCI技术在各个阶段的关键进展和成就。文中阐述了BCI技术的基本组成部分及其分类方式,包括不同类型的BCI系统(输出式、输入式、双向交互式)和信号采集方式(非侵入式、半侵入式、侵入式),并探讨了BCI技术在当前面临的心理生理学、技术、产业和监管等方面的挑战。最后,文章展望了BCI技术的未来发展方向,预计在未来几十年内,BCI技术将在硬件优化、软件集成、算法创新等方面取得显著进展,并可能实现在医疗、教育、娱乐乃至人机交互等多个领域的广泛应用。

植入式脑机接口设备的磁共振兼容安全性讨论

脑机接口(brain-computer interface,BCI)设备是神经刺激和记录的重要工具,在神经疾病的诊断和治疗以及脑机接口系统的神经活动传递方面具有潜在的广泛应用前景。同时,磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是记录全脑信号的有效且无创的技术之一,可以提供大脑结构的细节和激活模式图。结合BCI设备,特别是植入式BCI的神经刺激/记录与MRI的无创检测功能,被认为对解析脑功能具有重要意义。然而,这种结合对植入式BCI接口器件的组成材料和结构提出了特殊要求。该文首先对植入式BCI设备与MRI在交互使用时可能引发的安全隐患进行了归纳和梳理;然后,从安全隐患产生的源头,特别是植入体内的关键组件如金属电极及导线等,分析问题并整理总结了当前研究中的应对策略;最后,简要讨论了国内外磁共振安全性监管法规,并提出了改善相关产品磁共振兼容安全性的发展方向。

脑机接口技术的伦理挑战及其理性规制研究

随着信息时代的推进,脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)技术迅猛发展,在医疗、辅助通信等领域的应用前景备受关注。首先,对BCI技术的发展历程和现状进行了概述,分析了该技术的形态变迁和未来发展,探讨了该技术所带来的伦理问题。其次,分析了人工智能伦理、生物医学伦理以及跨界伦理对BCI技术的伦理挑战,并论证了这些挑战对社会政策与治理的影响。最后,提出了针对BCI技术伦理挑战的理性规制路径,旨在通过立法、技术治理与伦理教育等多维度策略,为BCI技术的健康发展提供法律与道德指导。综合分析表明,面对BCI技术的伦理难题,全方位、多层次的理性规制模式是有效应对之策。

脑-机接口技术:脊髓损伤患者神经功能康复的应用前景与挑战

脊髓损伤是一种毁灭性的神经系统疾病,往往导致患者运动、感觉和自主神经功能障碍,其治疗一直是世界性的医学难题。近年来,随着神经电生理技术的发展,脑-机接口技术已被证实可以促进脊髓损伤后神经功能的修复,为脊髓损伤患者神经功能的康复带来新的曙光。本文阐述了脑-机接口技术的原理和分类、脑-机接口技术治疗脊髓损伤患者的应用前景,并初步探讨了未来脑机接口技术治疗脊髓损伤患者可能面临的挑战。

脑机接口芯片技术在智慧医疗中的应用研究

文章对脑机接口芯片技术在智慧医疗中的应用进行研究,探究脑机接口芯片的国内外研究现状及具体应用模式,分析其在智慧医疗领域的具体用途,并对脑机接口芯片目前存在的技术瓶颈和潜在风险提出对策建议。

植入式脑机接口技术的医疗器械之路

植入式脑机接口(implanted brain-computer interface, iBCI)通过植入大脑内的神经电极实现脑和计算机/机器的直接通信。它作为一种极具功能扩展性的神经科学研究技术,正在快速向有源植入式医疗器械转化。该研究回顾了国内外神经植入医疗技术的器械产品化历史,提出了植入式脑机接口向医疗器械转化的方式和路径,阐述了美国食品和药品管理局(FDA)把植入式脑机接口作为突破性医疗器械推动的相关政策,并简单介绍和比较了目前正在申请临床试验的几款植入式脑机接口技术方案。由于植入式脑机接口技术复杂,以及没有类似的临床医疗器械先例,医械监管部门和产学研医用各方的密切合作才能有效推动植入式脑机接口技术的临床转化和医疗器械产品化。

植入式脑机接口技术向医疗器械转化的问题与挑战

该文回顾了过去几十年脑机接口技术取得的成果,以及脑机接口科研成果向临床医疗器械转化过程中,将会面临的挑战。对此,该文首先介绍了脑机接口技术常用的信号源,包括脑电图、皮层电图和皮层内电信号及其特点;其次叙述了对商用脑机接口产品的解码能力和信息双向闭环的考量,讨论了目前脑机接口商用机设计中存在的稳定性、生物相容性挑战;最后阐述了植入式脑机接口向医疗器械转化过程中,产业化发展的政策、资金和技术路线的协同发展问题。

植入式脑机接口技术的发展历程与趋势

作为代表着脑科学研究成果重要转化落地方向的脑机接口技术,近两年成为社会关注的热点。尤其以Neuralink公司为代表的高集成度的先进脑机接口设备系统的研发,正在快速提升植入式脑机接口技术在植入电极数量和获取的脑神经信息量等方面的表现。高通量脑机接口硬软件作为脑机接口应用的底层技术,支撑着脑机接口多种可能应用场景的实现。本文将从植入式脑机接口的原理、系统实现与场景应用的角度,在神经信号采集、解码和效应执行等各层面分别做简单介绍。

脑机接口领域中的伦理问题研究

作为生命科学和信息技术深度交叉融合的前沿新兴技术,脑机接口近年来发展迅猛,重大突破频现,同时也引发了诸多伦理争议。脑机接口对传统伦理原则提出的挑战涉及物理、心理与社会等多个层面。在侵入式脑机接口已获准进入临床试验阶段的背景下,如何构建合伦理的脑机接口正成为各国神经科学家、工程师和伦理学家的关注焦点。为了化解脑机接口伦理风险,我们有必要加强监督管理,提升伦理素养,深化跨学科合作,通过建立健全伦理规范与监管机制,确保脑机接口技术能够真正增进人类福祉。

脑机接口负责任创新研究进展

脑机接口技术的研究与创新包含法律问题、社会问题和伦理问题。虽然脑机接口技术是一种新兴的生物医学工程技术手段,但如何能够确保脑机接口始终走在负责任的创新研究道路上,已经成为社会和学术界重点讨论的话题。鉴于此,本文对脑机接口负责任创新研究现状以及在创新过程中存在的伦理问题进行讨论,并以此为基础,从多个角度分析如何有效控制脑机接口技术创新走在负责任的轨道上,希望能够真正利用该项技术手段为人类谋福祉。

专题导读:脑机接口

当前,脑机接口已进入技术爆发期,各国政府、科研机构和企业都已加速布局,以抢占全球脑科学竞争战略高地。在新一轮科技革命和产业变革重构全球创新版图的大背景下,脑机接口成为我国重点关注和布局的技术突破口。在“十四五”规划中,我国将脑机接口列为重点研发方向之一,北京、上海等地率先响应国家政策,出台诸多行动方案,为行业发展明重点、指方向。随着相关政策和行动方案陆续出台,我国脑机接口在产业生态、技术创新、人才培养等方面呈现良好发展态势。

基于功能性近红外光谱技术的脑机接口

为了探究功能性近红外光谱技术(fNIRS)对相同动作的运动想象和运动执行区分可行性以及前额皮层对运动想象和运动执行分类准确率的影响,研究测量了15位受试者手臂伸展和手指敲击的运动想象过程和运动执行过程的前额皮层和运动功能皮层的血氧变化信号.提取均值,斜率,二次项系数和近似熵特征建立基于支持向量机的四分类模型.对应于手臂伸展和手指敲击的四分类模型,分别实现了87.65%和87.58%的分类准确率.相对于单独运动功能皮层区域建立的运动功能皮层-fNIRS-脑机接口,引入前额皮层血氧变化信息能显著提高脑机接口分类性能,且对手指敲击动作的提高效果大于手臂伸展动作.因此,前额皮层区域的血氧响应生理特征能提高fNIRS-脑机接口的分辨性能,同时验证了fNIRS-脑机接口应用于多种肢体动作脑功能活动提取的可行性.

脑—计算机接口技术的研究进展

我们对生物医学工程领域新方向之一 ,并以研究残疾人支助为起点的脑一计算机接口技术进行了介绍 ,归纳了两次脑机接口技术国际学术会议的核心内容 ,总结了当前国内外最具代表性的研究成果 ,并分析了脑机接口技术存在的主要问题和未来发展方向。

脑机接口都选用了哪些化学材料

2月20日,美国企业家马斯克表示,他旗下的脑机接口公司“神经连接”在完成首例人类大脑设备植入手术后,首位受试者“似乎已完全康复,没有出现不良反应。受试者只需思考就可以在电脑屏幕上移动鼠标”。此次实验对于人类无疑具有重要意义。