1概述

腦-機(jī)接口技術(shù)（brain-computer interface technology，BCI）是一種通過軟硬件相結(jié)合的通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大腦和外部環(huán)境直接交互的技術(shù)，即通過采集不同腦功能區(qū)以及不同深度的活動(dòng)信號(hào)，利用預(yù)處理、特征提取和模式識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦活動(dòng)狀態(tài)或意圖的解碼，將此信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備產(chǎn)生實(shí)際的動(dòng)作，進(jìn)而完成大腦的動(dòng)作指令。此項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于腦科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和康復(fù)醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。

BCI的目的是檢測(cè)和量化表明用戶意圖的大腦信號(hào)的特征，并將這些特征實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為實(shí)現(xiàn)用戶意圖的設(shè)備命令。因此，BCI系統(tǒng)一般由4個(gè)組件按順序組成：信號(hào)采集、特征提取、特征翻譯、設(shè)備輸出。

1.2.BCI系統(tǒng)的類型

為了獲取大腦活動(dòng)信號(hào)，可以通過侵入式、半侵入式和非侵入式信號(hào)采集策略。

侵入性信號(hào)采集可以獲取時(shí)空信號(hào)，并具有通過植入大腦皮質(zhì)來區(qū)分患者多維度意圖的巨大能力。半侵入式或部分侵入式BCI設(shè)備被植入顱骨內(nèi)，但位于腦外而不是灰質(zhì)內(nèi)。然而由于安全和倫理問題，使用基于腦電圖、腦磁圖、功能近紅外光譜或功能磁共振成像等收集大腦信號(hào)的非侵入性腦機(jī)接口技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中可能比侵入性腦機(jī)接口技術(shù)更有前途。

其中，基于腦電信號(hào)的腦機(jī)接口是較為常用的技術(shù)之一。

注：輔助性BCI：通過計(jì)算機(jī)解碼翻譯大腦信號(hào)得到的控制信號(hào)對(duì)假肢、外骨骼、輪椅等進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)特定的動(dòng)作任務(wù)；

康復(fù)性BCI：將執(zhí)行的動(dòng)作任務(wù)情況以多種形式反饋給患者促進(jìn)其大腦功能重塑，提高運(yùn)動(dòng)再學(xué)習(xí)能力。

2鄭州大學(xué)第五附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科的腦機(jī)接口技術(shù)應(yīng)用

2.1.BCI技術(shù)在運(yùn)動(dòng)康復(fù)中的應(yīng)用

BCI技術(shù)應(yīng)用于腦卒中上、下肢等運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)主要體現(xiàn)在康復(fù)訓(xùn)練與功能替代方面。在康復(fù)訓(xùn)練方面，通過提取腦卒中患者大腦表面電信號(hào)，經(jīng)解析翻譯后結(jié)合MI、FES、rTMS、等方式以生物反饋的形式用于日?？祻?fù)訓(xùn)練，促進(jìn)腦功能重塑。在功能替代方面，對(duì)于康復(fù)訓(xùn)練短時(shí)間內(nèi)無法改善的患者利用BCI系統(tǒng)使用基于大腦表面電信號(hào)的輔助設(shè)備控制平臺(tái)進(jìn)行輪椅控制、外骨骼控制等進(jìn)而實(shí)現(xiàn)肢體運(yùn)動(dòng)功能的訓(xùn)練甚至替代。

2.1.1.BCI技術(shù)在腦卒中患者上肢及手功能康復(fù)中的應(yīng)用

2.1.2.BCI技術(shù)在腦卒中患者下肢功能康復(fù)中的應(yīng)用

2.2.BCI技術(shù)在言語康復(fù)中的應(yīng)用

對(duì)于嚴(yán)重的語言交流障礙者，BCI是目前最合適、最有價(jià)值的一種技術(shù)手段。其可通過解碼患者大腦信息轉(zhuǎn)化為外設(shè)控制指令，從而通過外設(shè)控制代替患者本身的表達(dá)或行動(dòng)。

2.3.BCI技術(shù)促進(jìn)正向情緒發(fā)展

漫長(zhǎng)的康復(fù)過程易使患者對(duì)康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)生消極、回避的心態(tài)，目前大多數(shù)基于BCI技術(shù)的康復(fù)訓(xùn)練尤其是VR，均已加入了與日常生活活動(dòng)相關(guān)的虛擬情景視頻，可避免患者在康復(fù)治療中產(chǎn)生抵觸情緒，提高患者參與治療的積極主動(dòng)性，改善康復(fù)效果。

2.4.BCI技術(shù)在意識(shí)障礙康復(fù)中的應(yīng)用

現(xiàn)已有多項(xiàng)研究利用BCI技術(shù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)刺激和偏差刺激任務(wù)，觀察P300電位的發(fā)生，以此判斷意識(shí)狀態(tài)；或通過BCI技術(shù)實(shí)現(xiàn)極低意識(shí)狀態(tài)患者與外界的交流等。

BCI是在大腦和計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備之間建立直接通道，人們可以越過外周神經(jīng)和肌肉組織直接通過腦來表達(dá)想法或操縱設(shè)備，不需要語言或動(dòng)作，這可以有效增強(qiáng)身體嚴(yán)重殘疾的患者與外界交流或控制外部環(huán)境的能力，以提高患者的生活質(zhì)量。

來源：康復(fù)醫(yī)學(xué)科 金雪明 王琦

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