深层脑机接口-与人类深层脑交互

脑机接口(Brain-Machine Interface, BMI，又称脑机接口)为人类与机器和环境的交互提供了一个新的维度。脑机接口有助于恢复或改善人类的生理或心理功能。科学家们研究了各种各样的技术，以在不同的水平上与大脑互动，如下图所示。

大脑皮层一直是脑机接口的研究对象。通过记录多个皮层区域的神经活动来了解人类的意图，研究人员使瘫痪患者能够控制机械臂和假肢，并帮助残疾人有效地沟通。

传统的脑机接口允许我们在受限的实验室环境中解码感官和运动信号，如视觉反应、手部运动和语音。将这些技术应用到日常生活中仍然具有挑战性。

大脑深层区域与基本的生命功能密切相关。为了更好地理解大脑是如何工作的，有必要研究大脑的深层功能。大脑皮层下区域是侵入性神经调节和临床神经治疗的主要靶点。人类深部脑结构和功能异常见于多种神经和精神疾病，包括帕金森病、阿尔茨海默病、抑郁症、强迫症等。深度脑机接口专注于理解和调节大脑深层区域的神经活动。它是一个具有巨大临床应用潜力的新兴研究领域。

上图说明了从表层到深层的记录和刺激的主要方法。除了记录和解码，深层脑机接口还能够通过传递治疗性刺激来调节大脑的病理状态。先进的DBMI技术旨在以高时空分辨率记录和解码深层神经活动，并有效配置刺激参数，以精确调节大脑状态。由于我们对中枢神经系统的可塑性和适应性等机制的了解有限，开发具有长期疗效的DBMI仍然具有挑战性。

由于神经系统主要通过电信号传递信息，因此以电信号为中介的脑机接口成为该领域的研究热点。本文概述了目前可供人类使用的基于神经电活动的脑机接口技术及其在感知和调节脑活动方面的应用。作者介绍了两种应用广泛的脑深部接口系统，即脑深部刺激(DBS)和立体定向脑电图(sEEG)，并重点介绍了最新的技术进展和临床应用。DBMI的潜力被用作强大的大脑研究平台及其治疗效用。本文还讨论了DBMI系统的闭环控制框架，以及面向临床应用的闭环深脑接口技术的发展。

本文通讯作者为清华大学李鲁明教授，第一作者为隋亚楠副教授，共同作者为余慧玲博士、张晨博士、陈岳博士和蒋长清副研究员。

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深层大脑机器接口:感知和调节人类深层大脑

https://doi.org/10.1093/nsr/nwac212  

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10.1093 / nsr / nwac212