神经工程与脑-机接口

神经工程是近年来在生物医学工程领域备受关注的学科发展新方向。它运用神经科学和工程学的方法来分析神经功能并为神经功能缺失与紊乱的修复提供新的解决问题的方案;而脑-机接口则是当前神经工程领域中最活跃的研究方向之一。脑-机接口是在脑与计算机或其他外部设备之间建立的直接的通信和交流通道。在脑-机接口系统中,具有特定模式的脑信号携带着受试者希望表达的意愿,计算机将接收到的脑信号转换成相应的控制命令,于是那些有运动障碍的残疾人就可以利用脑-机接口系统来实现与外界的交流与对外部设备的控制。在基于脑电信号的脑-机接口系统中,受试者产生的脑信号大致可以分为内源性(endogenous)和外源性(exogenous)两类。其中外源性的成分主要取决于外部物理刺激(视觉、听觉或触觉)的参数而与认知行为无关;而内源性成分则主要由认知行为产生而与外部的物理刺激无关。在许多情况下,脑-机接口中的瞬态诱发电位通常都同时包含着内源性和外源性两种成分。寻找新的脑-机接口模式使之能显著提升记录脑电信号中的内源性与外源性成分在脑-机接口研究中具有重要意义。本文中将介绍一种基于运动起始时刻(motion-onset)的新的脑-机接口实验范式。本文的最后还探讨了脑-机接口未来发展的趋势与展望。

基于节律性脑电信号的脑-机接口

脑-机接口系统是一个不依靠外周神经和肌肉组织等而实现大脑和外界装置之间直接的交流和控制的通道。它为那些运动障碍的残疾人表达自己的意愿和实现对外部设备的控制提供了一种新的强大的技术支持。基于脑电的脑-机接口作为一种非侵入型的技术引起了该领域很多人的关注。基于脑电的脑-机接口采用了很多种类型的脑电信号。其中,振荡性的脑电图由于有较高的幅值和对噪声不敏感等特性而体现出极大的优势。也是由于这些原因,振荡性的脑电图变成了脑-机接口的应用中非常成功的设计之一。本文要介绍主要的基于脑电的脑-机接口中的两种,分别是稳态视觉诱发电位和基于运动本体感觉节律的脑-机接口。作者将详细的叙述该研究的生理背景、脑-机接口的参数,以及该系统的构造及信号处理的方法,并且会演示一些具有潜在应用价值的科研成果。

通过Gamma频段能量分析进行大脑皮层功能区定位

目的通过分析颅内脑电中Gamma频段能量变化来实现大脑皮层感觉运动区定位。方法利用Gamma频段能量分析法、诱发电位（SEP）和皮层电刺激（CES）等电生理检查对8例因难治性癫痫而行颅内电极植入术的患者进行大脑皮层感觉运动区定位，以减少术后功能缺失等并发症。将Gamma频段能量分析方法的定位结果与SEP与CES进行比较。结果通过统计对比，Gamma频段能量分析所得上肢感觉运动区电极编号与CES和SEP所得感觉运动区电极编号完全重合的占80．7％，完全重合或者紧邻的达92．3％。结论Gamma频段能量分析方法是一种敏感性高、结果准确的大脑皮层功能区定位的新方法。