腦機接口(Brain-Machine Interface, BMI，又稱腦機接口)為人類與機器和環境的交互提供了一個新的維度。腦機接口有助于恢復或改善人類的生理或心理功能。科學家們研究了各種各樣的技術，以在不同的水平上與大腦互動，如下圖所示。

大腦皮層一直是腦機接口的研究對象。通過記錄多個皮層區域的神經活動來了解人類的意圖，研究人員使癱瘓患者能夠控制機械臂和假肢，并幫助殘疾人有效地溝通。

傳統的腦機接口允許我們在受限的實驗室環境中解碼感官和運動信號，如視覺反應、手部運動和語音。將這些技術應用到日常生活中仍然具有挑戰性。

大腦深層區域與基本的生命功能密切相關。為了更好地理解大腦是如何工作的，有必要研究大腦的深層功能。大腦皮層下區域是侵入性神經調節和臨床神經治療的主要靶點。人類深部腦結構和功能異常見于多種神經和精神疾病，包括帕金森病、阿爾茨海默病、抑郁癥、強迫癥等。深度腦機接口專注于理解和調節大腦深層區域的神經活動。它是一個具有巨大臨床應用潛力的新興研究領域。

上圖說明了從表層到深層的記錄和刺激的主要方法。除了記錄和解碼，深層腦機接口還能夠通過傳遞治療性刺激來調節大腦的病理狀態。先進的DBMI技術旨在以高時空分辨率記錄和解碼深層神經活動，并有效配置刺激參數，以精確調節大腦狀態。由于我們對中樞神經系統的可塑性和適應性等機制的了解有限，開發具有長期療效的DBMI仍然具有挑戰性。

由于神經系統主要通過電信號傳遞信息，因此以電信號為中介的腦機接口成為該領域的研究熱點。本文概述了目前可供人類使用的基于神經電活動的腦機接口技術及其在感知和調節腦活動方面的應用。作者介紹了兩種應用廣泛的腦深部接口系統，即腦深部刺激(DBS)和立體定向腦電圖(sEEG)，并重點介紹了最新的技術進展和臨床應用。DBMI的潛力被用作強大的大腦研究平臺及其治療效用。本文還討論了DBMI系統的閉環控制框架，以及面向臨床應用的閉環深腦接口技術的發展。

本文通訊作者為清華大學李魯明教授，第一作者為隋亞楠副教授，共同作者為余慧玲博士、張晨博士、陳岳博士和蔣長清副研究員。

# # #

請看文章:

深層大腦機器接口:感知和調節人類深層大腦

https://doi.org/10.1093/nsr/nwac212  

雜志

國家科學評論

DOI

10.1093 / nsr / nwac212