基于脑电的快速序列视觉呈现脑-机接口系统研究进展综述

脑-机接口(BCI)系统建立大脑与外部设备之间的直接交流通路,结合快速序列视觉呈现(RSVP)范式能够实现利用人类视觉系统进行高流通量图像目标检索。近些年来,RSVP-BCI系统在范式编码、脑电(EEG)解码和系统应用方面的研究取得了长足的进步。对范式编码的研究揭示不同范式参数对系统性能的影响,促进提升系统性能;脑电解码的研究在提升算法分类性能的同时推动少训练、零训练样本、多模态等场景下的应用;对RSVP-BCI系统应用的研究实现推动系统走向实际应用并拓宽了应用领域。同时,系统仍面临着迈向实际时可应用领域范围窄、脑电跨域解码难题以及计算机视觉飞速进步带来的挑战。该文对RSVP-BCI近年来的相关研究进展进行了回顾与总结,并对未来的发展方向进行了展望。

医疗脑机接口技术的法律规制

区别于其他大脑神经技术和传统治疗方法,通过脑机接口技术可以传输、解读和记录神经数据。神经数据经过解码不仅可以反映健康信息,还可以揭露思想隐私。另外,脑机接口技术可以通过刺激直接干预患者的情绪、思想、甚至行为。对于医疗脑机接口技术应该适度规制,需要兼顾生命身体健康权和人性尊严法益,神经数据合理利用和隐私保护。具体规.制路径包括:对医疗脑机接口技术研究进行严格的伦理审查,对脑机接口医疗器械进行特殊的审批监管,对知情同意的履行进行特别的程序保障,对神经数据进行专门的立法保护。

基于磁性传感器的低失调温度补偿接口电路设计

面向磁性传感器在物联网(IoT)技术中的广泛应用,该文基于180 nm CMOS工艺设计了一种具有低失调电压,低温度漂移特性的霍尔传感器接口电路。针对霍尔传感器灵敏度的温度漂移特性,该文设计了一种感温电路并与查表法相结合,调节可编程增益放大器(PGA)的增益有效地降低了霍尔传感器的温度系数(TC)。在此基础上,通过在信号主通路中使用相关双采样(CDS)技术,极大程度上消除了霍尔传感器的失调电压。仿真结果表明,在–40°C~125°C温度范围内,霍尔传感器的TC从966.4 ppm/°C减小到了58.1 ppm/°C。信号主通路的流片结果表明,霍尔传感器的失调电压从25 mV左右减小到了4 mV左右,霍尔传感器的非线性误差为0.50%。芯片的总面积为0.69 mm^(2)。

医疗物联网通信接口的规范化管理研究

分析医院医疗物联网建设的现状及问题,针对各物联网应用厂商接入不同终端时均采用独立的私有协议,导致医院医疗物联网基础网无法整体复用的弊端,本研究重点从感知层和网络层的通信接口规范入手,探索研究不同物联网终端接入物联网网关的协议规范,同时探索研究物联网网关的配置规范及网关管理控制器的功能规范,最终建设一套多种终端接入医院医疗物联网网关的通信规范体系,最后阐述了该院建设及应用情况,实现全院多种应用、多种物联网终端统一规范接入,可为其他医院建设物联网提供参考和依据。

基于级联型扩张状态观测器的直流微电网低压负载接口变换器自抗扰稳压研究

直流微电网负载侧供压稳定是实现新能源电力高水平消纳的重要前提。为维持低压负载侧电压稳定,利用级联型扩张状态观测器提高扰动的估计重构精度与速度,将二阶自抗扰控制技术引入低压侧稳压控制。首先,在考虑扰动存在的低压接口变换器动态模型基础上实现对于稳压控制策略的系统设计。之后,在时域上分析级联型扩张状态观测器对于扰动重估精度的提升效果,利用线性等效框架在复频域上分析系统对于总扰动的抑制性能,以及系统模型不确定下对于动态性能的影响。此外,将Lyapunov理论运用于分析所提稳压控制策略的稳定性,表明该系统在工程上稳定。最后仿真实验验证了所提出稳压策略的正确性与有效性,且对于扰动具有较好的抑制性。

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。

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。

数模—动模混合仿真系统的接口建模与稳定性分析

为满足现代电力系统实时仿真的发展需求,数模-动模混合仿真系统结合实时数字仿真和物理动态模拟仿真的优点,成为现代电力系统研究的重要仿真方法。接口系统是混合仿真系统设计中的核心与难点。为了深入分析混合仿真系统的稳定性,对接口系统各个组成环节进行建模得到系统开环传递函数,分别根据劳斯判据和奈奎斯特判据研究开环传递函数中不同参数对系统稳定性的影响。理论推导表明接口系统中滤波器截止频率、接口延时和阻抗模拟比对系统的稳定性影响较大,并通过所搭建的混合仿真系统进行实验,实验结果表明不同参数对系统的稳定性影响与理论推导一致。

基于Sm-PMN-PT和改进型DICH接口电路的压电取能功率提升方法

通过压电取能方式将电力设备表面的机械振动能转化为电能,是实现电力专用传感器无源化的有效途径之一。然而,传感器高集成度和小型化发展趋势对压电取能功率提出了更高要求。为此,提出一种基于钐掺杂铌镁酸铅-钛酸铅(Sm-doped Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3),Sm-PMN-PT)材料和改进型双中间电容回收(improved double intermediate capacitor harvesting,improved-DICH)接口电路的压电取能功率提升方法。首先,制备了不同Sm掺杂质量分数为x和PT质量分数为y的xSm-PMN-yPT压电双晶片,并对压电材料的性能参数进行了测试和对比;其次,在对比分析几种典型接口电路的基础上,设计了一种改进型DICH接口电路,并从理论上进行了取能功率的对比分析;然后,采用Multisim软件对不同接口电路的取能功率进行了仿真分析;最后,对Sm-PMN-PT压电双晶片和锆钛酸铅(Pb(Zr1–xTix)O3,PZT)压电陶瓷在不同接口电路下的取能功率和能量提取效率进行了对比测试。研究结果表明:基于2.5%Sm-PMN-32%PT材料和改进型DICH接口电路的压电取能装置具有516.3μW的高输出功率、61.1%的高能量提取效率和较强的负载适应性,在取能领域具有良好的工程应用前景。

一种基于UVM的USB接口验证平台设计

随着集成电路的发展,电子设备变得越来越复杂,对于通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)接口的验证来说,传统的验证方法已经无法满足需求。使用通用验证方法学(Universal Verification Methodology,UVM)验证平台可以提高验证效率,减少人工操作和误差,保证USB设备的品质和可靠性。本文介绍了一种基于UVM的USB接口验证平台设计,该平台可以对USB接口进行模块化和可重用性设计,支持自动化测试流程,测试数据的收集和分析等功能。通过应用UVM验证平台,针对USB接口传输方式对其单次传输过程进行封装并继承使用,加速USB设备的开发和测试进程,提高产品质量和生产效率。实验结果表明,与传统的验证方法相比,使用UVM验证平台可以显著提高验证效率和精度。此外,该平台还具有高可靠性和高可维护性,可广泛应用于各种USB设备的开发与生产过程中。

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。

从新媒体、科幻创意到通用人工智能:脑机接口的艺术革命

作为一种前沿技术,脑机接口不仅为科学家探索人类意识和思维的奥秘提供了重要的工具和途径,而且为艺术家提供了全新的创作手段和表达方式。在新媒体艺术领域,脑机接口给开拓者带来了新思路、新机遇,脑控绘艺、脑波音乐、脑控游戏等由此诞生。在科幻艺术领域,脑机接口赋予主创人员电光石火的灵感。相关作品想象如何通过这种技术在生理层面增强大脑能力、修改记忆或治疗疾病,在信息层面破译思想活动、深入赛博世界、实现灵明转移,在意向层面发挥自家大脑的主动性、利用他人大脑的受动性、增强多个大脑的交融性。脑机接口与通用人工智能的结合则为探索艺术创作提供了全新的视角和无限可能性。人们有可能通过纯思维与AI系统交互、超越传统肢体限制开展艺术活动,在梦境、冥想等特殊意识状态下配合AI抒情写照,共同经历丰富而深刻的艺术体验,形成前所未有的集体创作模式。

基于滑模变结构的混合微电网接口变换器双向下垂控制

由于混合微电网中的交直流子网具有不同的动态特性,当系统发生负荷突变时,会在双向接口变换器(bidirectional interface converter, BIC)两侧子网间产生功率波动,使交流母线频率和直流母线电压动态响应变差,为此提出了基于分数阶滑模控制器(fractional order sliding mode controller, FOSMC)的双向下垂控制策略。将具有鲁棒性强、响应速度快和抗干扰能力强的滑模变结构控制引入到BIC的控制中,得到改进型的分数阶滑模控制器,以改善系统的暂态响应过程。通过Matlab/Simulink平台搭建了仿真模型,在多种工况下验证了该控制策略的有效性。与传统双向下垂控制相比,该控制算法可以在保证系统原有稳态特性的同时,加快整个系统的响应速度,抑制暂态过程中BIC传输功率的瞬间波动,减小功率波动对交直流子网母线的反作用,提高整个系统的动态性能和抗扰动性能。

脑机接口、生命形式与同一性

脑机接口技术能够修复与增强肢体功能,却带来了技术中断的问题,即导致了个体同一性的中断。但是对脑机接口的同一性进行反思需要克服现代思维的束缚,这一思维建立在生命连续性的基础上。而从神话思维角度看,生命中断是本真的生命现象。从这一观念看,脑机接口导致的中断担忧可以被舒缓。脑机接口导致的技术中断依然存在,确实对生命整体性构成损害;但是其通过功能训练实现了身体功能的延续,这值得肯定。

嵌入式服务器软件接口通信容量调节算法仿真

考虑到实际系统中不同用户对通信有着不同的容量需求,为了在有限的频谱资源中获得更大的容量效果,提出一种嵌入式服务器软件接口通信容量调节算法。通过用户的信道增益信息,获取最小蜂窝用户数量。根据吞吐量增量降序排列结果,将排名靠前的蜂窝用户通信容量分配给用户对。将嵌入式服务器软件接口通信容量调节问题,转换为随机网络优化问题,对数据包码长和发送功率联合优化,引入离线算法的思想,提出通信容量调节算法,完成嵌入式服务器软件接口通信容量调节。实验结果表明,所提算法可以有效提升吞吐总量,同时能够有效降低平均等待调节延时,平均等待调节时延保持在30ms以内。

论马斯克的“神经联结”脑机接口

马斯克的神经联结公司试图在瘫痪患者脑中植入脑机接口,让患者利用自己的脑信号控制外部设备,以恢复部分行动能力;他们的研发在技术上确有进步,但原理上并无创新。马斯克还宣称其“联结”技术可望把人工智能与人脑融合起来,将人变为“超人”,难以令人信服。

HGU用户侧接口流量信息传输方法仿真

由于连接不同用户的侧接口过多,导致接口流量信息分配不均衡,造成信息传输时长较长、丢包率高等问题。为解决上述问题,提出HGU用户侧接口流量信息传输方法。通过对家庭网关单元(Home Gateway Unit,HGU)用户侧接口构建无向图和冲突图,确定流量信息传输距离以及各传输链路之间是否互相干扰;以链路流量模型为基础构建业务模型,得到传输链路负载率;在粒子群优化算法中,利用适应度函数更新粒子的位置坐标,实现合理分配网络流量,实现最大效率的传输。实验结果表明,所提方法网络时延始终保持在0.10s以下,整体丢包率控制在30%-45%之间,且具有较高的吞吐量。

脑机接口技术背景下精神完整权的逻辑证成和制度构想

面对脑机接口技术对人的隐私、精神完整性和心理连续性造成的威胁,身体权虽能够提供一定保障,但是尚不足以表彰其特殊性,尤其是对于非侵入式的。隐私权虽然能够保障公民免予心智思想被探知,但是不能兼及改变。思想自由、认知自由和精神自决保障公民寻求主动干预以塑造一个人大脑状态的积极面向有些激进。脑机接口技术对于心智思想的干预,不但直接、严重,甚至可能永远,因此要确立一种精神完整权。不论何种用途、侵入程度、接口类型,该技术研究应用都必须经过告知同意,不得强制以物理力或以隐瞒的方式为之。与为了保障公民心理健康权,强调国家的实现义务不同,精神完整权关涉隐私、身份、自主,聚焦于一种对抗国家不得干预的权能。