1概述

腦-機接口技術(shù)（brain-computer interface technology，BCI）是一種通過軟硬件相結(jié)合的通信系統(tǒng)實現(xiàn)大腦和外部環(huán)境直接交互的技術(shù)，即通過采集不同腦功能區(qū)以及不同深度的活動信號，利用預(yù)處理、特征提取和模式識別，實現(xiàn)對大腦活動狀態(tài)或意圖的解碼，將此信號進行轉(zhuǎn)換后驅(qū)動外部設(shè)備產(chǎn)生實際的動作，進而完成大腦的動作指令。此項技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于腦科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和康復(fù)醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。

BCI的目的是檢測和量化表明用戶意圖的大腦信號的特征，并將這些特征實時轉(zhuǎn)換為實現(xiàn)用戶意圖的設(shè)備命令。因此，BCI系統(tǒng)一般由4個組件按順序組成：信號采集、特征提取、特征翻譯、設(shè)備輸出。

1.2.BCI系統(tǒng)的類型

為了獲取大腦活動信號，可以通過侵入式、半侵入式和非侵入式信號采集策略。

侵入性信號采集可以獲取時空信號，并具有通過植入大腦皮質(zhì)來區(qū)分患者多維度意圖的巨大能力。半侵入式或部分侵入式BCI設(shè)備被植入顱骨內(nèi)，但位于腦外而不是灰質(zhì)內(nèi)。然而由于安全和倫理問題，使用基于腦電圖、腦磁圖、功能近紅外光譜或功能磁共振成像等收集大腦信號的非侵入性腦機接口技術(shù)，在實際應(yīng)用中可能比侵入性腦機接口技術(shù)更有前途。

其中，基于腦電信號的腦機接口是較為常用的技術(shù)之一。

注：輔助性BCI：通過計算機解碼翻譯大腦信號得到的控制信號對假肢、外骨骼、輪椅等進行控制，實現(xiàn)特定的動作任務(wù)；

康復(fù)性BCI：將執(zhí)行的動作任務(wù)情況以多種形式反饋給患者促進其大腦功能重塑，提高運動再學(xué)習(xí)能力。

2鄭州大學(xué)第五附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科的腦機接口技術(shù)應(yīng)用

2.1.BCI技術(shù)在運動康復(fù)中的應(yīng)用

BCI技術(shù)應(yīng)用于腦卒中上、下肢等運動功能康復(fù)主要體現(xiàn)在康復(fù)訓(xùn)練與功能替代方面。在康復(fù)訓(xùn)練方面，通過提取腦卒中患者大腦表面電信號，經(jīng)解析翻譯后結(jié)合MI、FES、rTMS、等方式以生物反饋的形式用于日?？祻?fù)訓(xùn)練，促進腦功能重塑。在功能替代方面，對于康復(fù)訓(xùn)練短時間內(nèi)無法改善的患者利用BCI系統(tǒng)使用基于大腦表面電信號的輔助設(shè)備控制平臺進行輪椅控制、外骨骼控制等進而實現(xiàn)肢體運動功能的訓(xùn)練甚至替代。

2.1.1.BCI技術(shù)在腦卒中患者上肢及手功能康復(fù)中的應(yīng)用

2.1.2.BCI技術(shù)在腦卒中患者下肢功能康復(fù)中的應(yīng)用

2.2.BCI技術(shù)在言語康復(fù)中的應(yīng)用

對于嚴重的語言交流障礙者，BCI是目前最合適、最有價值的一種技術(shù)手段。其可通過解碼患者大腦信息轉(zhuǎn)化為外設(shè)控制指令，從而通過外設(shè)控制代替患者本身的表達或行動。

2.3.BCI技術(shù)促進正向情緒發(fā)展

漫長的康復(fù)過程易使患者對康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)生消極、回避的心態(tài)，目前大多數(shù)基于BCI技術(shù)的康復(fù)訓(xùn)練尤其是VR，均已加入了與日常生活活動相關(guān)的虛擬情景視頻，可避免患者在康復(fù)治療中產(chǎn)生抵觸情緒，提高患者參與治療的積極主動性，改善康復(fù)效果。

2.4.BCI技術(shù)在意識障礙康復(fù)中的應(yīng)用

現(xiàn)已有多項研究利用BCI技術(shù)設(shè)置標(biāo)準刺激和偏差刺激任務(wù)，觀察P300電位的發(fā)生，以此判斷意識狀態(tài)；或通過BCI技術(shù)實現(xiàn)極低意識狀態(tài)患者與外界的交流等。

BCI是在大腦和計算機等電子設(shè)備之間建立直接通道，人們可以越過外周神經(jīng)和肌肉組織直接通過腦來表達想法或操縱設(shè)備，不需要語言或動作，這可以有效增強身體嚴重殘疾的患者與外界交流或控制外部環(huán)境的能力，以提高患者的生活質(zhì)量。

來源：康復(fù)醫(yī)學(xué)科 金雪明 王琦

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