腦機(jī)接口技術(shù)方案

腦機(jī)接口(Brain-Computer Interface,BCI)技術(shù)形成于20世紀(jì)70年代，是一種涉及神經(jīng)科學(xué)、信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理、模式識(shí)別等多學(xué)科的交叉技術(shù)。20多年來，隨著人們對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)功能認(rèn)識(shí)的提高和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，BCI技術(shù)的研究呈明顯的上升趨勢(shì)，特別是1999年和2002年兩次BCI國(guó)際會(huì)議的召開為BCI技術(shù)的發(fā)展指明了方向。目前，BCI技術(shù)已引起國(guó)際上眾多學(xué)科科技工作者的普遍關(guān)注，成為生物醫(yī)學(xué)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信等領(lǐng)域一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。

BCI是一種連接大腦和外部設(shè)備的實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)。BCI系統(tǒng)可以把大腦發(fā)出的信息直接轉(zhuǎn)換成能夠驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的命令，并代替人的肢體或語言器官實(shí)現(xiàn)人與外界的交流以及對(duì)外部環(huán)境的控制。換言之，BCI系統(tǒng)可以代替正常外圍神經(jīng)和肌肉組織，實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間或人與外部環(huán)境之間的通信。簡(jiǎn)單的事，“腦-計(jì)算機(jī)”接口技術(shù)就是將人類的思維和計(jì)算機(jī)相結(jié)合，即從人腦到計(jì)算機(jī)之間的一條通信電路，通過實(shí)體界面如計(jì)算機(jī)界面刺激腦組織傳遞特有的感覺信息，這種刺激編碼經(jīng)大腦認(rèn)知，產(chǎn)生特定的目的，通過大腦命令，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的行為。

腦機(jī)接口是允許大腦與各種機(jī)器之間進(jìn)行通信的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。簡(jiǎn)單來說，就是實(shí)現(xiàn)用意念去控制機(jī)器。隨著腦機(jī)接口發(fā)展到腦機(jī)交互，進(jìn)而向智能腦機(jī)交互發(fā)展，可預(yù)見的將來是腦機(jī)智能融合，腦機(jī)接口的定義和范疇也不斷充實(shí)和擴(kuò)展，腦機(jī)接口不僅僅向外部輸出指令，也向大腦輸入反饋，特別是給予大腦電、磁、光、以及聲的輸入或刺激等。因此，從廣義上講，深部腦刺激（DBS）、經(jīng)顱磁刺激（TMS）、經(jīng)顱交流電刺激（tACS）、經(jīng)顱直流電刺激（tDCS）和經(jīng)顱超聲刺激（tUS）等均屬于腦機(jī)接口范疇。腦機(jī)交互是人機(jī)交互的手段，可以幫助殘疾人修復(fù)視覺、聽覺等感知功能和運(yùn)動(dòng)功能，讓正常人的工作生活更加健康效率高。

腦機(jī)接口提供了腦狀態(tài)監(jiān)測(cè)、人機(jī)信息交互與控制的全新途徑,在醫(yī)療、教育、游戲、航天和軍事等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景：
1.醫(yī)療健康

醫(yī)療健康是腦機(jī)接口技術(shù)最直接的成果轉(zhuǎn)化，主要有功能恢復(fù)和功能強(qiáng)化兩個(gè)方向。功能恢復(fù)主要是對(duì)殘障人士進(jìn)行神經(jīng)反饋和康復(fù)訓(xùn)練，在醫(yī)院已有開展應(yīng)用。功能強(qiáng)化主要是通過技術(shù)手段將超級(jí)芯片植入大腦，以增強(qiáng)個(gè)體的某些能力，比如馬斯克創(chuàng)辦的Neuralink公司。

2. 神經(jīng)教育

腦機(jī)接口可以作為探測(cè)和訓(xùn)練的工具，互動(dòng)情況。對(duì)于有ADHD的兒童，腦機(jī)接口還可以訓(xùn)練他們更加集中注意力于當(dāng)前的任務(wù)中。測(cè)查學(xué)生在上課時(shí)的注意力集中情況，對(duì)課堂活動(dòng)的注意力集中程度。

3. 萬物互聯(lián)

腦機(jī)接口技術(shù)逐漸走向市場(chǎng)應(yīng)用，比如利用腦電信號(hào)控制太空機(jī)器人、智能輪椅等。智能家居是腦機(jī)接口與IOT（物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)的跨領(lǐng)域創(chuàng)新結(jié)合，腦機(jī)接口類似于“遙控器”，它幫助人們用意念控制開關(guān)燈、門、家電設(shè)備等，甚至可以控制家庭服務(wù)機(jī)器人。

4.定向神經(jīng)可塑性訓(xùn)練

該研究旨在研發(fā)激活“突觸可塑性”的神經(jīng)刺激方法,建立加強(qiáng)或削弱兩個(gè)神經(jīng)元之間連接的訓(xùn)練方案,以加速認(rèn)知技能的獲得,提高技能訓(xùn)練效果。該訓(xùn)練對(duì)人的外周神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行電流/磁刺激,激活大腦神經(jīng)的突觸可塑性過程,刺激影響神經(jīng)系統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì)生成,從而增強(qiáng)大腦學(xué)習(xí)能力,提高學(xué)習(xí)效果。