【脑客中国】陆蓉蓉：脑机交互在中枢神经系统康复中的应用和研究进展

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感谢脑客中国的邀请。我是来自于复旦大学附属华山医院康复医学科的陆医生，今天很高兴有这个机会在这里和大家一起来相互交流、分享一下脑机交互技术在我们中枢神经系统康复中的应用以及研究的一些进展。

大家可能看过在1999年拍摄的黑客帝国，其中一个桥段我至今记忆忧深，就是主人公可以通过电脑进入另外一个平行的虚拟世界。在当时，这样的一部电影肯定属于科幻电影，而到现在2021年的话，这些科幻技术其实已经变成了现实。

01脑机接口技术概述

首先我们来看一下在实验室里训练猴子的任务。左上角的图中有一个猴子，在他的头上有一个信号接收器，当猴子能够把屏幕上面的红点移动到右上角的圆圈里面后，机械臂就可以给猴子进行一个喂食的动作。在这样的一个反馈情境下，猴子是可以很顺畅的完成这个动作的。所以我们知道它是可以通过训练使得猴子通过脑直接控制机械臂。

我们知道对于神经损伤的这个患者而言，在2001年的时候就有学者指出，有两种方法可以促进他们的功能恢复。第一是修复损伤的神经轴突，我们知道这个过程是比较困难的；第二个就是让他们来直接控制神经假肢。

在2001年的时候，研究者就设想是不是可以在我们的人脑当中植入一个神经芯片，这样以后我们可能可以把脑信号直接传输给电脑，信号传输就能绕过损伤的部位；当计算机接收到信号之后，又可以把这个信号转化为其他类型，比如控制轮椅这个操作过程。

这样的一种技术就被称为脑计算机交互技术，就是在我们人脑和外部设备之间建立了一个直接的联系通路。我们知道传统的通路是我们大脑发出一个信号，通过中枢神经跟周围神经把这个信号传输到我们的效应器，通常是我们肌肉，然后再由肌肉来完成相应的动作。而利用脑机交互技术的话，我们就可以绕过中枢传输的中枢神经系统和周围神经系统以及效应器直接控制外界设备，完成相应的动作。

下图就是脑计算机接口系统的工作模式，在人脑发出相应的脑电信号之后，提取出脑电信号的特征模式并进行预处理，然后通过算法完成信号的转化和解码的过程。输出一个新的可以被计算机识别的信号，它就可以来支配很多外界不同的终端设备。比如说我们可以通过电信号来控制光标在屏幕上面的移动；也可以控制轮椅进的行进、后退或者是转弯的动作；还可以通过和功能性电刺激联用，来完成相应的抓握等动作。

02发展现状

基于脑电信号的脑机接口系统其实可以分成几类，第一种就是我们目前用的比较多的基于自发脑电的脑机接口。它是一种主动式的脑机接口系统，它是利用使用者自主运动想象产生的事件相关同步或去同步（ERD/ERS）。它便于使用，应用广泛，但存在可用性差的特点，控制所用的运动想象特征模式的产生需要使用者长时间训练，且存在高比例训练不成功者的现象。

第二类的话是基于诱发脑电（视觉诱发）的脑机接口，它主要是通过稳态视觉诱发电位SSVEP和事件相关电位P300作为一个基础。它是一种反应式系统，使用者不需要进行训练就可以掌握。但是在使用过程中，它需要使用者长时间的视觉关注，也就是系统安全性差。

第三种就是多模式融合的脑机接口，它同时兼具了自发脑电的脑机接口和诱发脑电的暖脑机接口。它是由以上两类系统融合而成，可以使用的命令数更多，可以操纵的东西更复杂，是它的优点；它的缺点也就是兼具了上述两类脑机接口的缺点，包括训练问题、BCI盲问题，以及视觉高度关注的问题。

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