腦機(jī)接口技術(shù)又稱腦機(jī)融合感知技術(shù)，是一種完成大腦與外界信息交互的新型通信控制系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)、電級(jí)、芯片等外部設(shè)備和設(shè)備代替神經(jīng)、肌肉等生理中介結(jié)構(gòu)。這種新技術(shù)改變了傳統(tǒng)的人機(jī)交互，融入了腦科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)、專業(yè)規(guī)范、醫(yī)學(xué)工程等多學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，將生物意義上的大腦與人工智能產(chǎn)品融為一體，根據(jù)即時(shí)感知和翻譯理念完成了設(shè)備與人類的信息交換。
目前，醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域是腦機(jī)接口技術(shù)最大的應(yīng)用商店之一。腦機(jī)接口技術(shù)開辟了非傳統(tǒng)的大腦信息導(dǎo)出通道，可以實(shí)現(xiàn)大腦與外圍設(shè)備的直接互動(dòng)。為了為運(yùn)動(dòng)障礙或溝通障礙患者提供與外界溝通的可選方式，研究人員已經(jīng)使用腦機(jī)接口技術(shù)，初步形成了一個(gè)用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的軟件。在不久的將來，相關(guān)產(chǎn)品有望在臨床上得到廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代科學(xué)對(duì)大腦結(jié)構(gòu)和功能的不斷探索，人們對(duì)視覺、聽覺、運(yùn)動(dòng)、語言等腦神經(jīng)區(qū)域的康復(fù)有了更深入的認(rèn)識(shí)。
肢體運(yùn)動(dòng)障礙診療
引起肢體運(yùn)動(dòng)障礙的疾病有很多，如腦出血、腦挫傷、腦卒中等。，可引起患側(cè)腦區(qū)相應(yīng)的身體控制功能損傷。除上述疾病引起的運(yùn)動(dòng)功能障礙外，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損傷引起的肌萎縮側(cè)索硬化(漸凍癥)也是患者肌萎縮乏力的嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)障礙。
在肢體運(yùn)動(dòng)阻礙診療行業(yè)，腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用可以有效幫助患者改善疾病，提高生活質(zhì)量，幫助治療。具體來說，腦機(jī)接口技術(shù)有三個(gè)功能:改進(jìn)、修復(fù)和替代。其中，腦機(jī)接口的改善有利于治療腦挫傷、中風(fēng)、癲癇等疾病。腦機(jī)接口的修復(fù)有利于對(duì)患有中風(fēng)的上下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙患者的康復(fù)治療，促進(jìn)患者修復(fù)運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)可塑性。同時(shí)，腦機(jī)接口的修復(fù)也有助于修復(fù)肌肉無力、頸髓損傷等疾病的通信和控制。
腦機(jī)接口技術(shù)在肢體運(yùn)動(dòng)阻礙診斷和治療中的應(yīng)用主要有兩種方法:一種是輔助腦機(jī)接口，即通過腦機(jī)接口設(shè)備獲取患者的運(yùn)動(dòng)意圖，從而控制義肢或外骨骼等外圍設(shè)備;另一種是康復(fù)腦機(jī)接口，因?yàn)橹袠邢到y(tǒng)具有延展性，使用腦機(jī)接口設(shè)備直接作用于大腦進(jìn)行反復(fù)反饋刺激，可以增強(qiáng)神經(jīng)元突觸之間的聯(lián)系，在一定程度上達(dá)到修復(fù)的目的。
精神疾病診療
近年來，精神疾病的發(fā)病率不斷上升，越來越多的特定人群迫切需要改善精神和心理健康。以抑郁癥為例，研究表明，近30%的抑郁癥患者是難治性抑郁癥，傳統(tǒng)的藥物治療、物理治療和認(rèn)知行為治療對(duì)這類抑郁癥患者的治療效果較差。隨著腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，一些疑難精神疾病(如強(qiáng)迫癥、抑郁癥、精神分裂癥等)的研究和診斷水平有望大大提高。).
腦機(jī)接口設(shè)備可以在輸入式腦機(jī)接口等技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)揮神經(jīng)調(diào)節(jié)作用，促進(jìn)異常腦結(jié)構(gòu)和延展性的積極發(fā)展，從而促進(jìn)神經(jīng)精神疾病的康復(fù)。
與其他生理信號(hào)相比，腦電信號(hào)可以帶來更深入、更真實(shí)的情感信息。腦機(jī)接口設(shè)備可以通過學(xué)習(xí)算法獲得腦電信號(hào)的特性，對(duì)各種心態(tài)(如悲傷、憤怒、恐懼、驚訝、快樂、寧靜等)進(jìn)行分析和分析。)，然后用于研究和輔助治療神經(jīng)精神疾病的發(fā)病機(jī)制，如抑郁癥、焦慮癥等。此外，腦機(jī)接口設(shè)備實(shí)施的神經(jīng)反饋訓(xùn)練也可以在抑郁癥、焦慮癥等精神疾病的康復(fù)訓(xùn)練中發(fā)揮積極作用。
目前，越來越多的國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和科技公司正在開展腦機(jī)接口技術(shù)相關(guān)研究，用于精神疾病的診斷和治療。例如，馬斯克的神經(jīng)科學(xué)公司Neuralink致力于通過腦機(jī)接口技術(shù)處理精神分裂癥、記憶力喪失等精神疾病。2020年12月，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院腦機(jī)接口及神經(jīng)調(diào)節(jié)中心正式成立，該中心首個(gè)臨床腦機(jī)接口研究項(xiàng)目——“難治性抑郁癥腦機(jī)接口神經(jīng)調(diào)節(jié)與治療臨床實(shí)驗(yàn)”同時(shí)啟動(dòng)，希望通過多模態(tài)情緒腦機(jī)接口進(jìn)行治療。
意識(shí)與認(rèn)知障礙診療
很多患者因顱腦外傷、腦卒中、缺血、缺氧性腦病等疾病而陷入昏迷，進(jìn)而進(jìn)入長(zhǎng)期意識(shí)障礙，即植物人狀態(tài)。目前，這類疾病患者沒有系統(tǒng)規(guī)范的治療方法。如何加速意識(shí)障礙患者的意識(shí)和認(rèn)知功能修復(fù)已經(jīng)成為亟待解決的臨床問題之一。
根據(jù)腦機(jī)接口設(shè)備獲取和分析患者的腦電信號(hào)，可以掌握患者的意識(shí)狀態(tài)，完成意識(shí)障礙的診斷和評(píng)估，進(jìn)行后期判斷，甚至與意識(shí)障礙患者進(jìn)行溝通。實(shí)際操作方法是:一般使用患者自己的名稱、照片等信息，以噪音、圖像、手感等為靶向刺激。，并以低概率發(fā)生，而其他無關(guān)刺激則以高概率隨機(jī)發(fā)生;然后利用腦機(jī)接口設(shè)備獲取患者受靶向刺激后的腦電信號(hào)，分析患者的意識(shí)狀態(tài)。有些患者可能對(duì)靶向刺激有特定的反應(yīng)，這種腦電交流有利于醫(yī)生判斷。
癲癇和神經(jīng)發(fā)育障礙診療
癲癇病的診斷和治療領(lǐng)域是腦機(jī)接口技術(shù)最早應(yīng)用的領(lǐng)域之一。癲癇病與大腦皮質(zhì)神經(jīng)發(fā)育缺陷密切相關(guān)，其發(fā)作常見表現(xiàn)為電生理異常。腦電波一直是癲癇病診斷的重要指標(biāo)。
隨著腦功能和疾病相關(guān)探索的逐步深入，以及相關(guān)設(shè)備和技術(shù)的不斷發(fā)展，腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)在癲癇診療行業(yè)得到了比較成熟的應(yīng)用。實(shí)際操作方法如下:根據(jù)腦電波傳輸，判斷癲癇患者的腦神經(jīng)和疾病相關(guān)信號(hào)，對(duì)腦電級(jí)電刺激發(fā)出命令，引起患者功能區(qū)響應(yīng)，然后通過切除、熱凝、激光損傷等技術(shù)改善和治療腦癲癇網(wǎng)絡(luò)。
值得注意的是，除了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，腦機(jī)接口技術(shù)在日常生活等其他領(lǐng)域也有很好的應(yīng)用前景。例如，腦機(jī)接口技術(shù)可以通過測(cè)量和獲取人腦中樞系統(tǒng)的信號(hào)來操作外部家居設(shè)備，也可以通過外部設(shè)備刺激神經(jīng)系統(tǒng)和反饋神經(jīng)系統(tǒng)來控制中樞系統(tǒng)，從而在人腦和外部設(shè)備之間形成一個(gè)神經(jīng)反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)，完成人機(jī)或腦機(jī)的智能組合。
腦機(jī)接口技術(shù)被稱為“人工智能的下一步”，其巨大的應(yīng)用潛力吸引了研究人員的不懈努力。可以預(yù)見，腦機(jī)接口技術(shù)將在全球市場(chǎng)掀起新的科技浪潮。
