【脑客中国】苏敏：脑机接口技术在脑损伤康复的应用

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在线的各位专家同道，大家晚上好。首先感谢主持人的介绍，感谢专委会的邀请。相信大家对脑机接口技术都抱有一定兴趣，今天我们在这里共同学习一下脑机接口技术在脑损伤康复的应用。

康复上讲的脑损伤，其实跟神经外科和神经内科理解的脑损伤是不太一样的。康复中的脑损伤是包括了神经内、外两个系统的脑部疾病，包括高血压、脑出血、脑梗死、缺血性卒中和出血性卒中等，只要是对脑部病变、脑功能造成问题的都可以把它称为脑损伤。

我将给大家介绍以下几个内容：从脑机接口的基本概念开始；然后重点谈一下脑机接口在脑损伤康复里面的应用情况；接下来再讲一下它的临床效果以及相应的一些研究结果和发现；给大家提一下与工科研究非常紧密的fNIRS-BCI，也就是近红外的脑机接口；最后我们谈谈脑机接口的应用前景，尤其是在康复当中他的应用前景。

1.脑机接口概述

首先我们看一下什么是脑机接口？可能最通俗易懂、最形象是电影阿凡达中把人的思维嫁接到了另外一个空间的一个机体上，就是等于同一个思维出现在两个个体上。好比我现在在讲课，可能我的思维不只能通过我这个本体来表达，可能还有另外一个本体同样可以表达这些内容。

脑损伤患者的本体大脑在脑和外周的传输过程当中出现问题，那么他的思维就可以通过另外一个通道把这个脑思维的信号传递出来，进行表达。这个表达就是说脑机接口有个输出端了，它有输入端还有输出端，那么输出端就是各种各样的。

目前大家只要看到BCI这个关键词，基本上就是代表的脑机接口，大脑和机器相连的一个接口。它是等于把你的脑信号转换成了机器可以识别的外部机器，它是在大脑与外部设备之间建立的一个能够直接传送信号的通道，实现神经系统和外部设备间的信息交互与功能整合的技术。

2.脑采集信号的方式

在这个构架里面很重要的一步就是要提取脑的信号。脑信号的采集方式有哪些方式呢？按照它采集的方式，我们可以分成侵入性和非侵入性。侵入性的是需要神经外科去做手术的，要把脑电极阵列植入到人的大脑皮层里面去的，就像图上给大家展示的，放到这个大脑皮层，紧贴大脑皮层。这其实属于侵入性中的完全植入式，还有一种它是通过微创的手术方法，不需要打开颅骨，通过微创的方式。叫半侵入性。半潜入性的电极不会放在大脑皮层上，放到硬膜下或者硬膜外。通过这样的电极去记录患者的硬膜下或者硬膜外的皮层信号。

侵入性的采集方式有哪些特点呢？首先侵入性的电极是长期稳定放置的，可以直接记录到神经元的电活动。另外它的信号衰减是比较小的，信噪比和空间分辨率较高的，干扰很小。同时它有很多的缺点，比如第一个就是它是有创的，技术难度大，而且它还有继发感染的可能性。除了这个以外，因为它是植入的异物，会有排异反应，人体是否能够接受；最后就是植入以后，电极是有寿命的，一旦电极出现故障或者电极寿命到了以后，更换又是一个很大的问题。

因为侵入性存在这些缺点，所以我们就重点研究非侵入性的可穿戴式的脑机接口设备。

首先第一种可穿戴式就是EEG-BCI，这是目前为止公认的，不管是科研还是临床上用的最多的。它的优点就是脑电帽可以穿戴在头皮上，能够监测到群体神经元的放电活动，而且它的时间分辨率相对来说是比较高的，空间分辨率虽然不是特别高但也能够接受。其传递至头皮表面时衰减较大，信号容易受噪声干扰，所以信噪比相对来说会比较低。

然后第二个就是近红外fNIRS，通过近红外的方式来收集被试者的脑电信号，然后跟BCI接口结合。近红外的好处第一个是监测大脑活动时，它是通过光谱输入，接收的数据是氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的相对变化值，通过这个数值来判断我们脑区域的活动性情况。这个技术相对来说性价比是比较高的，而且它既有台式的，也有便携性的，且不太会受到信号的干扰。

另外一个就是通过功能磁共振来提取脑电信号。首先它是利用磁共振来测量神经元活动的一个代谢情况，它的空间分辨率比较高，可精确定位到大脑的不同功能区域。但是功能磁共振的价格比较昂贵，且操作起来不方便，尤其是做功能磁共振。最后一个就是脑磁图，和磁共振存在一样的问题，价格太昂贵了，不是一般的人能够负担的。

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