脑机接口

摘要： 背景:由于传统的康复训练方法对慢性损伤患者的功能恢复效果有限,康复机器人在慢性损伤的康复训练中正得到越来越多的研究和应用.目的:解析和追踪近10年康复机器人领域相关研究的热点和前沿,为未来研究提供一定指导.方法:计算机检索2010-2020年在Web of Science数据库SCIE核心数据合集发表的康复机器人相关研究,检索条件为"TS=(rehabilitation robot OR rehabilitation robotics)".运用CiteSpace 5.7可视化软件,从高影响力国家/地区、作者、高频关键词及突现词等方面解析康复机器人研究的热点与前沿.结果 与结论:①最终纳入3194篇文献,近年来康复机器人的研究热度一直持续不减,相关文献年发表量呈现稳定增长的趋势,美国发文量位居首位,中国紧跟其后;②美国西北大学以发文量161篇位居机构第一位;瑞士苏黎世大学教授Riener R以发文量48篇位居作者第一位;③研究形成了9个具有代表性的关键词聚类,并随时间推移呈现研究重点和方向的转变趋势;④近10年研究热点主要集中在康复机器人的智能控制、任务分析与学习、性能和可靠性、康复机器人人机交互方式如何通过机器智能与生物智能的融合,实现机器人与人的自然、精准交互等方面;⑤目前,康复机器人在上肢和神经损伤领域的应用最广泛,关于脑机接口、虚拟现实、柔性可穿戴式、任务分析和外骨骼类的康复机器人研究越来越引起人们的关注,是近年来康复机器人研究的前沿和热点领域,代表着未来的研究发展趋势,是今后研究可以参考的方向.未来康复机器人领域的研究应着重关注以下方面:一是关注患者功能需求,提高生活质量;二是加强多学科交叉合作,构建区域国家合作网络.

摘要： 脑机接口通过解码人类思维活动过程中的脑神经活动信息,构建出人脑与外部环境之间的直接信息交流和控制通路,帮助我们突破身体局限,增强人体机能。脑机接口技术将人的延展方式和水平提升至了一个新的境界,为人类认识自己开辟了新的维度。作为一种革命性的人机交互方式,脑机接口延展了人类身份的范畴,使人机混合体的赛博格身份成为可能;它延展了人类身体的边界,使超越身体局限的梦想成为可能;它延展了人类实践的方式,使意念控制的愿景成为可能。脑机接口技术在造福人类展现高价值的同时,也难免存在着高风险,其价值负载和伦理挑战越来越为人们所关注和重视。

摘要： 媒介时空的维数无论是从技术脉络,亦或受众媒介思维层面都存在着显著的升维趋势。理论上借助脑机接口技术构建高维空间具有一定的可行性,且随着高维空间认知的普及与虚拟感官经验的不断积累,虚拟高维空间已在大众心中完成了文化与伦理层前期基础的建立。高维媒介表现具有历史必然性,如今脑机接口让我们看到了人类突破三维空间感知束缚的可能,媒介也将因此回归无限的可能。

摘要： 在开颅手术中,把一种由2μm大小的电极点组成的新型柔性电极放到大脑上,医生就能精确地分辨出大脑的神经核团、皮层功能区等,有利于最大限度地保护大脑功能、降低手术致残致死概率。这种新型柔性电极由来自首都医科大学附属北京天坛医院、斯坦福大学和天津大学的研究人员共同研发,未来可应用于脑机接口等领域,帮助瘫痪患者康复,相关研究成果于2022年3月25日在线发表于《科学》期刊上。

摘要： 教育神经学的发展为教育教学提供了新的研究视角与研究范式,脑机接口(BCI)技术与教育教学的融合也在不断加深。然而,脑机接口技术仍然是一种学习者大脑与机器之间的信息传输通道,难以满足教学主体之间的双向交互性及社会建构性。近年来,脑脑接口(BBI)技术在脑机接口技术的基础上,进行了进一步迭代:将教学主体大脑信号传输通道的边界,从单一化的“人—机”交流转向多向度的“人际”交互。即以人际神经学和“三脑一体”模型作为基础,能够从知识传递、情感交互和行为模仿三个维度,提出从脑机接口到脑脑接口的认知传输与群体协同的数字化变革方案。这一脑脑接口技术的应用方案,能够在全纳教育、远程教育、艺术教育以及元宇宙教育等多个场景落地;同时,它也存在一定的风险与挑战。因此,探索神经科学领域的前沿应用技术,有利于为未来教育的智能化变革以及前瞻性布局,提供一些参考。

摘要： 基于稳态运动视觉诱发电位(SSMVEP)的脑机接口(BCI)能够减少使用者的视觉疲劳,但其信号强度和系统性能仍不能代替基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的BCI。本文对提高SSMVEP信噪比的两种思路以及SSMVEP在BCI中的应用进行了综述。首先归纳和总结了影响SSMVEP诱导和性能的3个主要因素,即运动视觉刺激方式、运动视觉刺激参数和SSMVEP的信号处理方法;然后介绍了SSMVEP在医疗、娱乐等领域的应用;最后提出了目前使用SSMVEPBCI的限制以及未来发展方向。

摘要： 基于运动想象的脑机接口(BCI)系统被广泛用于医疗康复领域,但随着想象任务的增多,分类准确率会急剧下降。为提高个体多类运动想象脑电信号(EEG)的识别准确率,文中设计附加汉字默读(4个汉字)的运动想象实验范式,采用共空间模式(CSP)+Fisher分类器和卷积神经网络两种方式对脑电信号进行特征提取并分类,验证附加默读对分类准确率的影响。结果表明:CSP+Fisher分类器方式下,附加默读的运动想象任务平均分类准确率(37.78%±3.46%)优于仅进行运动想象任务时的平均分类准确率(39.73%±3.15%),P>0.05;卷积神经网络(CNN)方式下附加默读的运动想象任务分类准确率(59.13%±2.95%)显著优于仅进行运动想象任务时的分类准确率(62.60%±2.41%),P<0.01。因此,文中提出的基于汉字默读的运动想象实验范式可以在受试者想象运动时获得更加稳定的脑电信号,从而提升BCI的分类准确率,为BCI范式的优化提供依据。

摘要： 针对基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑机接口系统,该文开展了屏显刺激界面元素尺寸和间距对识别效率和用户体验影响的工效学实验研究。该工效学实验使用红色正方形作为频闪刺激元素,刺激元素位于上、下、左、右等4个位置,自变量包含尺寸和间距两个因素。因素1为尺寸即正方形边长,分为100px,150px,200px3个水平;因素2为间距即元素中心与界面中心的垂直/水平距离,分为200px/400px,300px/600px,400px/800px3个水平。因变量为任务的完成时和失败次数。实验后开展主观评价,基于ISO 9241可用性标准,使用李克特7分量表对界面的满意度进行评分。工效学实验结果显示:元素尺寸对识别效率有显著影响,边长尺寸为200px的刺激元素识别效率最高,元素间距对识别效率没有影响。主观评价结果显示:元素间距对用户满意度有显著影响,刺激元素的紧凑(200px/400px)或疏远(400px/800px)都会导致满意度的下降,300px/600px间距水平的满意度最好,尺寸对用户满意度没有显著影响。该研究从设计工效学角度出发,发现了刺激界面元素尺寸、间距分别对脑机接口系统效率、用户满意度具有影响,研究结论对于规范脑机接口界面设计,提升脑机接口系统效率有重要的指导意义和借鉴价值。

摘要： 目的:通过对比内置和外置参考电极的微丝电极阵列在记录大鼠脑神经元放电过程中的优缺点,优化微丝电极阵列的制作与埋置,为多通道电生理实时记录系统提供更加实惠、优异的媒介工具。方法:采用镍铬合金丝、电路板、电极引脚和地线(银线)制作16通道的微丝电极阵列,通过内置(参考电极与电极阵列并列排布)或外置(参考电极与地线分别焊接在电极一侧的两端)微丝电极阵列的参考电极,观察对比两种电极在记录大鼠ACC脑区神经元放电中的区别。实验大鼠分为内置组(8只)和外置组(9只),检测指标有信噪比(n=8)、放电幅度(n=380)和放电频率(n=54)。结果:内置与外置参考电极的微丝电极阵列均可顺利记录出大鼠ACC脑区神经元的电信号;与外置组相比,内置组的神经元电信号具有信噪比高(P0.05)。结论:在记录大鼠ACC脑区神经元电活动时,内置参考电极的微丝电极阵列记录到更高信噪比、更大放电幅度的电信号,为多通道电生理技术提供更加可靠的工具。

摘要： 从脑电信号中检测P300电位是实现P300脑机接口的关键.由于不同个体间的脑电信号存在较大差异,现有的基于深度学习的P300检测方法均需要大量的脑电数据来训练模型.对于小样本的患者数据,至今仍没有令人满意的解决方案.本文提出了一种改进的适用于小样本P300脑电信号检测的原型网络方法.该模型通过卷积神经网络提取特征,结合度量方法余弦相似度,实现P300脑电信号的分类和识别.在第3届国际脑机接口竞赛的数据集II上进行测试和比较,取得了平均字符识别率达95%的良好识别性能.进一步地,我们把该方法应用于小样本的意识障碍患者意识状态检测中.在基于命令遵循的意识状态检测实验中, 5位正常人的准确率均为100%, 10位意识障碍患者的意识状态检测结果与临床评估结果相匹配.研究证明该模型对改进应用于小样本的P300脑机接口系统具有重要意义.

摘要： 脑机接口(Brain Computer Interface,BCI)是一项不依赖大脑常规信息通路就可实现与外界环境交流的技术,它的出现为那些思维正常但有严重功能障碍的患者带来了新的希望.近年来脑机接口从无到有、从单一到混合、从离线到在线,技术逐渐成熟,本文主要针对基于EEG的单一模式和混合模式脑机接口的研究现状及其在康复中的应用进行了总结.

摘要： 不显著的脑电特征为脑机接口性能的提升造成障碍.本文从刺激类型出发,将新异刺激引入到脑机接口范式,并通过实验将所提出范式与传统范式进行比较.实验结果表明所提出的范式比传统范式诱发出增强的事件相关电位成分,为脑机接口提供更具可分性的特征,同时显著提高了脑机接口的性能.新范式下的最高平均字符输出速率为8字符/分钟,比传统范式下5.3字符/分钟的最高速率提高了51％.两范式下所诱发的ERP成分的脑区分布,尤其对于枕区P2成分,同样存在较大差异.本文结果表明新异刺激可用于改善脑机接口的性能.

摘要： 2000年以来,脑机接口技术成为脑科学研究的热点之一,稳态视觉诱发电位作为具有良好应用前景的脑机接口方法也得到工程界的关注.但由于传统稳态视觉诱发电位有效频带窄、单频率目标呈现、光强刺激易干扰、信噪比低等问题,造成该范式应用存在目标数目少、稳定性差和信息传输率低等不足,影响了脑控运动导航技术和系统的发展.本项目旨在研究高效、可靠的脑机接口创新范式,为智能轮椅的脑控导航和其他工程应用探索新的途径.提出了幅频调制的稳态视觉诱发电位范式，实现了载波与调制波频率的组合目标呈现，在突破原有频段目标数限制的情况，对称边频特征也提升了辨识准确率。出基于牛顿环运动感知脑机接口，降低刺激疲劳和环境光干扰，改善人机交互能力，创新了具有良好与运行性能的稳态运动诱发电位新范式。

摘要： 针对未来战场态势的作战需求,总结了脑机接口的概念、分类及特点.讨论了脑机接口与目标检测相关的应用,其中包括认知技术威胁预警系统和NIA计划的目的、系统组成、工作方法及优势.以装甲车辆为对象,在当前装甲装备目标检测方法的基础上,提出了基于脑机接口的智能目标检测技术在装甲装备中应用的概念.研究了此应用需要重点解决的脑电帽性能优化、复杂环境下的脑电信号处理方法、目标检测实时性等方面的关键技术,为未来装甲装备的智能目标检测技术的研制提供了参考.

摘要： 随着作战环境日益复杂,传统坦克火控系统操作流程复杂,检测识别潜在威胁的能力有限等问题逐渐凸显,新一代火控系统必须向智能化、无人化方向发展.本文将脑-机接口(BCI)技术与坦克火控系统智能化控制技术相结合.通过对乘员脑电图(EEG)的采集、预处理、特征提取和分类识别,直接将人的思维或意念转化为相应的控制指令,实现基于脑-机接口的坦克火控系统瞄准、跟踪、射击等操作,可极大地减少乘员所需信息量,缩短控制时间,提高控制精度,增强坦克战场生存能力.

摘要： 气味检测与识别在食品安全、环境监测和缉毒搜爆中发挥重要作用.哺乳动物嗅觉系统有着高灵敏性和特异性,可作为进行气味识别和检测的传感器.为了能在实际场景中应用,还需要能够控制动物的行为.本文提出了一种"大鼠嗅觉机器人",其既能利用嗅球中的胞外神经电位识别气味,又能对大鼠进行运动控制.利用8通道植入式电极可长期记录嗅觉信号,并通过Wi-Fi传输到计算机.为控制大鼠的运动(前进,左转,右转,停止),四个电极被分别植入到相应脑区进行微电刺激,并对大鼠进行数周的训练.PC软件可记录、显示和处理数据,从而检测和识别特殊气味,并允许发送大鼠运动指令.该系统能检测到10-15M的香芹酮,气味识别和运动控制的准确率分别达到80％和90％.本系统是第一个具有气味检测识别和动物行为控制的系统,将有广阔的应用前景.

摘要： 针对传统分频方法中可用频率个数有限的问题,本文在传统分频方法实现所需频率基础上引入一个交替频率,通过改变交替频率的大小,以期产生不同的交叉调制频率成分,从而实现对更多目标的编码.在整个编码过程中,只有亮度一个维度的变化.为了验证该方法的有效性,仅用一个闪烁频率(15Hz)构建了一个9目标的在线系统.十名受试获得了高达92.78％的在线分类正确率表明受试能够有效地控制本系统,验证了只用亮度一个维度信息产生的交叉调制频率能够作为一种稳态响应用于脑-机接口研究.此外,这种新颖的交叉调制频率实现方法也将有助于对稳态视觉诱发电位神经机制的理解.

摘要： 哺乳动物的味觉系统被认为是极其灵敏的化学感受系统,其中对苦味物质的识别更是如此,因为苦味物质通常代表不应被生物体摄入的有毒物质.由于目前传统的基于化学传感器阵列的电子舌以及离体生物电子舌均存在缺陷,因此探究了使用大鼠味觉系统进行超低浓度苦味物质检测的可能性.在此研究中,使用脑机接口技术将16通道微丝电极阵列植入大鼠味觉皮层,神经元集群的胞外电位可以通过电极与脑区的良好耦合记录.局部场电位信号作为胞外电位的一种,代表一定体积内神经元网络的电活动,具有响应稳定的特征.结果表明,苦味和非苦味物质引起的局部场电位响应模式具有明显的区别,这保证了此在体生物电子舌的选择性.同时,更加定量的研究表明味觉皮层局部场电位信号β波和低γ波的功率与刺激的苦味物质浓度相关,并且由此推导出的检出限低至0.076μM,比之前的检测手段低2个数量级.基于此结果,认为在体生物电子舌为超低浓度苦味检测提供了新的手段,并且为衡量苦味程度提供了新的平台.

摘要： 脑卒中(strock)俗称"中风",是由于脑部血管突然破裂或因血管堵塞,导致血液不能流入大脑而引起局部功能障碍的一种急性脑血管疾病.传统的上肢康复方法主要采用治疗师对患者一对一的重复手功能作业训练,被动性强,患者参与度和积极性差,康复训练效果大打折扣.研究证明:脑-机接口(BCI)应用于存在脑损伤的脑卒中患者的康复训练效果是肯定的。尽管基于MI-BCI的训练比传统的简单物理治疗能更有效地促进大脑皮层受损区域发生可塑性变化，加快脑卒中患者肢体的运动功能康复，然而在临床推广中尚有不少鱼待解决的技术难题:(1)采集脑电信号质量有限，信噪比低，后期处理复杂度大耗时长。(2)患者的运动想象(MI)能力制约着康复成效，应对患者的认知能力进行评估改善。(3) BCI系统的控制和机械化设计可以更加丰富多样。(4)精细化的动作意图的准确解码尚难实现。(5)缺乏运动神经反馈训练效果的客观有效的统一评估机制。(6)应不断改进出更加合理实用的实验范式。未来发展方向就是针对以上问题，开辟新路，尽快使运动想象脑一机接口用于康复治疗脑卒中患者推向临床。

摘要： 脑卒中(strock)俗称"中风",是由于脑部血管突然破裂或因血管堵塞,导致血液不能流入大脑而引起局部功能障碍的一种急性脑血管疾病.传统的上肢康复方法主要采用治疗师对患者一对一的重复手功能作业训练,被动性强,患者参与度和积极性差,康复训练效果大打折扣.研究证明:脑-机接口(BCI)应用于存在脑损伤的脑卒中患者的康复训练效果是肯定的。尽管基于MI-BCI的训练比传统的简单物理治疗能更有效地促进大脑皮层受损区域发生可塑性变化，加快脑卒中患者肢体的运动功能康复，然而在临床推广中尚有不少鱼待解决的技术难题:(1)采集脑电信号质量有限，信噪比低，后期处理复杂度大耗时长。(2)患者的运动想象(MI)能力制约着康复成效，应对患者的认知能力进行评估改善。(3) BCI系统的控制和机械化设计可以更加丰富多样。(4)精细化的动作意图的准确解码尚难实现。(5)缺乏运动神经反馈训练效果的客观有效的统一评估机制。(6)应不断改进出更加合理实用的实验范式。未来发展方向就是针对以上问题，开辟新路，尽快使运动想象脑一机接口用于康复治疗脑卒中患者推向临床。

摘要： 本发明公开了柔性非嵌入式脑机接口半干电极及其制备方法和脑机接口模块。该柔性非嵌入式脑机接口半干电极包括：柔性基体，所述柔性基体由金属化水凝胶和金属化海绵组成，所述金属化水凝胶套设在所述金属化海绵上；所述金属化水凝胶包括水凝胶基体和负载于所述水凝胶基体上的电极材料，所述金属化海绵包括海绵基体和负载于所述海绵基体上的电极材料和结构增强材料。该柔性非嵌入式脑机接口半干电极具有优秀的储水性能和导电性能，机械、化学稳定性好，且不使用导电凝胶材料，对皮肤友好。

摘要： 本发明公开了柔性非嵌入式脑机接口电极及其制备方法和脑机接口模块。其中，柔性非嵌入式脑机接口电极包括：柔性基体；以及活性组分，所述活性组分包括结构增强材料、电极材料和电解质溶液，所述活性组分负载在所述柔性基体上。该柔性非嵌入式脑机接口电极具有优秀的储水性能和导电性能，机械、化学稳定性好，且不使用导电凝胶材料，对皮肤友好。

摘要： 本申请公开了一种用于对脑机接口设备充电的装置及脑机接口系统，其中装置包括：盒体和安装于盒体内部的充电模块，其中，盒体包括可拆卸安装的第一L形底座壳和第二L形顶部壳，第二L形顶部壳的中部向盒体内部凹陷形成用于放置脑机接口设备的容纳腔；充电模块包括充电控制电路、为充电控制电路供电的电池以及与电池连接的第一充电接口，充电控制电路还连接有金属触点，金属触点贯穿第二L形顶部壳，以使金属触点与放置于容纳腔内的脑机接口设备的第二充电接口连接，本申请解决了相关技术中脑机接口设备的收纳存在的无序性问题，还向脑机接口设备提供了专门性的充电装置，实现了脑机接口设备的移动式充电，提升了脑机接口设备的便携性。

摘要： 本发明公开了柔性非嵌入式脑机接口半干电极及其制备方法和脑机接口模块。该柔性非嵌入式脑机接口半干电极包括：柔性基体，所述柔性基体由金属化水凝胶和金属化海绵组成，所述金属化水凝胶套设在所述金属化海绵上；所述金属化水凝胶包括水凝胶基体和负载于所述水凝胶基体上的电极材料，所述金属化海绵包括海绵基体和负载于所述海绵基体上的电极材料和结构增强材料。该柔性非嵌入式脑机接口半干电极具有优秀的储水性能和导电性能，机械、化学稳定性好，且不使用导电凝胶材料，对皮肤友好。

摘要： 本发明提供了基于直接测量飞行时间技术的脑机接口系统、脑机接口穿戴设备及其控制方法包括，处理器，用以控制整个脑机接口系统；光源模块，光电传感器，跨阻放大器，模数转换器，第一高度比较器，第二高速比较器。本发明将直接测量飞行时间技术(DToF)应用到功能近红外脑机接口领域。通过直接测量入射超短脉冲近红外光线和出射超短脉冲近红外光线之间的时间差，来计算出近红外光在大脑中经过的距离，这种方案不仅可以测量出大脑中脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白浓度的绝对值，还可以直接测量出大脑血氧变化所处的位置。

摘要： 本发明公开了柔性非嵌入式脑机接口电极及其制备方法和脑机接口模块。其中，柔性非嵌入式脑机接口电极包括：柔性基体；以及活性组分，所述活性组分包括结构增强材料、电极材料和电解质溶液，所述活性组分负载在所述柔性基体上。该柔性非嵌入式脑机接口电极具有优秀的储水性能和导电性能，机械、化学稳定性好，且不使用导电凝胶材料，对皮肤友好。

摘要： 本发明公开了一种侵入式脑机接口汉语发音解码方法，包括：从脑电数据中筛选有效的神经元并去除高度相似的神经元，标准化后利用同步音频数据对脑电数据进行标注；根据汉语发音脑电数据的特点，将脑电数据投影到双曲空间中；构建有效的双曲神经网络和双曲多元逻辑回归分类器对脑电数据进行汉语音素分类；训练过程中，从训练数据中抽取一定数量的三元组，并基于网络的输出特征对这些三元组计算层次聚类的损失，以一定权重加入到需要优化的总体损失函数中；利用训练好的双曲神经网络和双曲多元逻辑回归分类器进行解码。本方法通过引入双曲空间和双曲解码方法，更好地利用了汉语发音脑电数据的结构特点，有效提高了汉语发音脑电数据的分类解码性能。

摘要： 本申请公开了一种用于对脑机接口系统进行快速唤醒的装置、方法和相关产品。所述装置包括：分频电路，其配置用于响应于所述处理器的唤醒中断信号有效，基于预设分频系数对初始唤醒中断时钟信号进行分频，以产生高速唤醒中断时钟信号；以及唤醒时钟，其配置用于响应于所述时钟切换电路的切换请求信号，基于所述高速唤醒中断时钟信号和所述切换请求信号输出高速唤醒时钟信号，以便令所述处理器快速响应唤醒中断，实现对脑机接口系统进行快速唤醒。利用本申请的方案，可以实现对脑机接口系统进行快速唤醒。

摘要： 本发明提供一种运动想象脑机接口通信方法、装置、系统、介质及设备，所述运动想象脑机接口通信方法包括：获取带标签的脑电数据，并将所述脑电数据划分为训练集和验证集；随机选取数个源域受试者作为混合域，基于所述混合域对应的训练集的脑电数据获得混合源域模型；基于所述训练集中各源域受试者的脑电数据分别对所述混合源域模型进行训练，获得分别与各源域受试者对应的目标域模型。本发明可以提高运动想象脑机接口的分类性能，并且实现运动想象脑机接口在现实中的部署。

摘要： 本申请公开了一种用于对脑机接口设备充电的装置及脑机接口系统，其中装置包括：盒体和安装于盒体内部的充电模块，其中，盒体包括可拆卸安装的第一L形底座壳和第二L形顶部壳，第二L形顶部壳的中部向盒体内部凹陷形成用于放置脑机接口设备的容纳腔；充电模块包括充电控制电路、为充电控制电路供电的电池以及与电池连接的第一充电接口，充电控制电路还连接有金属触点，金属触点贯穿第二L形顶部壳，以使金属触点与放置于容纳腔内的脑机接口设备的第二充电接口连接，本申请解决了相关技术中脑机接口设备的收纳存在的无序性问题，还向脑机接口设备提供了专门性的充电装置，实现了脑机接口设备的移动式充电，提升了脑机接口设备的便携性。