人工智能行業(yè)：腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用白皮書(2021年)

腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用白皮書中國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟I I編制說(shuō)明 III IV圖表目錄 VI1腦機(jī)接口技術(shù)概述 11.1技術(shù)背景 1 61.3技術(shù)介紹 101.3.1腦機(jī)接口原理與系統(tǒng)構(gòu)成 1.3.2腦機(jī)接口技術(shù)的分類 1.3.3腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用方向 212腦機(jī)接口政策分析 242.1美國(guó)腦計(jì)劃中的腦機(jī)接口研究規(guī)劃 242.2歐盟腦計(jì)劃中的腦機(jī)接口研究規(guī)劃 262.3日本腦計(jì)劃中的腦機(jī)接口研究規(guī)劃 272.4韓國(guó)腦計(jì)劃中的腦機(jī)接口研究規(guī)劃 272.5澳大利亞腦計(jì)劃中的腦機(jī)接口研究規(guī)劃 282.6中國(guó)腦計(jì)劃中的腦機(jī)接口研究規(guī)劃 282.7腦機(jī)接口其他相關(guān)政策 303腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景分析 313.1腦機(jī)接口技術(shù)在肢體運(yùn)動(dòng)障礙診療中的應(yīng)用 313.2腦機(jī)接口技術(shù)在意識(shí)與認(rèn)知障礙診療中的應(yīng)用 333.3腦機(jī)接口技術(shù)在精神疾病診療中的應(yīng)用 353.4腦機(jī)接口技術(shù)在感覺(jué)缺陷診療中的應(yīng)用 363.5腦機(jī)接口技術(shù)在癲癇和神經(jīng)發(fā)育障礙診療中的應(yīng)用 374腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn) 404.1腦機(jī)接口技術(shù)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境分析 404.2腦機(jī)接口技術(shù)的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 414.3腦機(jī)接口技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)和發(fā)展建議 494.3.1腦機(jī)接口技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn) 494.3.2我國(guó)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建議 505結(jié)束語(yǔ) 53參考文獻(xiàn) 54附錄一：腦機(jī)接口技術(shù)優(yōu)秀應(yīng)用案例 57一.國(guó)產(chǎn)自主研發(fā)腦機(jī)接口系統(tǒng)優(yōu)秀案例 57案例一：博睿康面向腦機(jī)接口應(yīng)用的國(guó)產(chǎn)高性能腦電采集系統(tǒng) 57案例二：清華大學(xué)微創(chuàng)植入閉環(huán)腦機(jī)接口系統(tǒng) 59案例三：中電云腦無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口采集專用芯片 60二.腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的優(yōu)秀應(yīng)用案例 61案例一：天津大學(xué)“神工一號(hào)”人工神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人 61案例二：宣武醫(yī)院“重拾行走計(jì)劃” 64案例三：天壇醫(yī)院應(yīng)用腦機(jī)接口技術(shù)檢出意識(shí)障礙患者的大腦隱匿意識(shí) 66案例四：天津大學(xué)等人工耳蝸兒童聽(tīng)覺(jué)康復(fù)客觀評(píng)估技術(shù) 67案例五：昆明理工大學(xué)基于腦機(jī)交互的神經(jīng)反饋促進(jìn)創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙康復(fù)技術(shù) 69案例六：強(qiáng)腦科技孤獨(dú)癥兒童可穿戴腦電波康復(fù)系統(tǒng) 71圖1傳統(tǒng)或狹義的BCI系統(tǒng)示意圖 圖2輸入式BCI示意圖 2圖3（a）腦機(jī)接口所利用的電生理信號(hào)的記錄位置；（b）三種不同的檢測(cè)大腦電活動(dòng)方式 圖4腦機(jī)接口分類示意圖 圖5不同腦信號(hào)采集技術(shù)的分辨率 圖6混合腦機(jī)接口類型示意圖 20圖7按年度劃分的聯(lián)邦BRAIN計(jì)劃資金 25圖8人類腦計(jì)劃（HBP）時(shí)空多尺度和多模態(tài)的技術(shù)手段 26圖9中國(guó)腦計(jì)劃框架圖 29圖10高性能腦電采集系統(tǒng) 57圖11高性能腦機(jī)接口應(yīng)用示例 58圖12微創(chuàng)植入閉環(huán)腦機(jī)接口系統(tǒng)（a）原理圖（b）系統(tǒng)示意圖 59圖13腦機(jī)編解碼集成芯片——“腦語(yǔ)者” 61圖14國(guó)產(chǎn)腦電采集芯片 61圖15“神工”系列人工神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)及原理 62圖16典型患者經(jīng)“神工”治療前后字跡對(duì)比 63圖17基于腦機(jī)接口的康復(fù)訓(xùn)練 65圖18案例中病患使用腦機(jī)接口設(shè)備“實(shí)現(xiàn)交流 67圖19CI兒童腦電采集現(xiàn)場(chǎng) 68圖20不同植入時(shí)間的CI兒童皮層激活狀態(tài) 68圖21（a）基于腦機(jī)交互的多模態(tài)神經(jīng)反饋促進(jìn)PTSD患者康復(fù)的系統(tǒng)；（b）干預(yù)流程 70圖22開(kāi)心果兒童健腦系統(tǒng)產(chǎn)品（a）實(shí)景圖;（b）原理圖;（c）應(yīng)用實(shí)例 72表1腦機(jī)接口技術(shù)國(guó)內(nèi)外主要研究機(jī)構(gòu) 42表2腦機(jī)接口主要芯片廠商 45表3腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的主要應(yīng)用產(chǎn)品 451腦機(jī)接口技術(shù)概述），圖1傳統(tǒng)或狹義的BCI系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)直接向大腦輸入電、磁、聲和光的刺激等或神經(jīng)反饋（輸入式BCI），以2（ab）圖2輸入式BCI示意圖。（a）基于各種腦刺激的BCI。該類BCI主要由外部設(shè)備或機(jī)器向大腦輸入電、磁、聲、光等刺激b）DBS示意圖c）基于非侵入式腦刺激或DBS的BCI設(shè)置以促進(jìn)或調(diào)節(jié)長(zhǎng)程皮層-皮層和皮層-皮層下連接可塑性示意圖[6][7]3均可以由神經(jīng)反饋構(gòu)成交互式的閉環(huán)系統(tǒng)（即交互式BCI），主要看是以輸出這為人腦狀態(tài)監(jiān)測(cè)（如癲癇發(fā)作監(jiān)測(cè)和疲勞監(jiān)測(cè)等）與調(diào)控康復(fù)等多種功效的中，腦電因無(wú)創(chuàng)、時(shí)間分辨率高、設(shè)備價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)成為腦機(jī)接口研究念自此產(chǎn)生。盡管這是世界上第一次腦電記錄，但由于信號(hào)的必要技術(shù)以及對(duì)腦功能理解的局限性，并沒(méi)有引之后近三十年時(shí)間里，隨著腦電研究持續(xù)發(fā)展，神經(jīng)生在二十世紀(jì)六十年代，隨著計(jì)算機(jī)開(kāi)始應(yīng)用于生產(chǎn)和生活，的腦電數(shù)據(jù)成為可能。另一方面，隨著對(duì)腦電信號(hào)理解節(jié)，開(kāi)啟了神經(jīng)反饋領(lǐng)域的研究。但在這一時(shí)期，用腦4到二十世紀(jì)七十年代，人們已對(duì)腦電有了較腦狀態(tài)的變化而出現(xiàn)或消失。研究者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)電極上獲取的腦電信號(hào)表現(xiàn)出不同的相關(guān)性，反映了大腦內(nèi)部不同腦區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)之間的協(xié)同關(guān)系。以上腦電頻譜和相關(guān)性與各種腦狀態(tài)、情緒和行為狀態(tài)相關(guān)。研究者根據(jù)大腦對(duì)特定刺激是否有反應(yīng)，把腦電信號(hào)分為自發(fā)腦電是在安靜的、沒(méi)有特殊刺激條件下或者在連續(xù)恒定負(fù)荷的條件（如閱讀狀態(tài)）下穩(wěn)定變化的腦電活動(dòng)（非鎖時(shí)的），表現(xiàn)為一種整體活動(dòng)或背景活動(dòng)；而誘發(fā)腦電（又稱為誘發(fā)電位或事件相關(guān)電位）是大腦在外界特定刺激或主動(dòng)思維（內(nèi)部特定刺激）下產(chǎn)生的與每次刺激相應(yīng)的變化（鎖時(shí)的），這種變化通常淹埋在自發(fā)腦電中，具有潛伏期和波形相對(duì)恒定兩個(gè)特點(diǎn)。刺激的特征與刺激“環(huán)境”（如受試者的注意力水平）、期望以及在實(shí)驗(yàn)背景下刺激的含義共同決定誘發(fā)電位的波形。和美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（USDefenseAdvancedResearchProjectsAgency,在科學(xué)文獻(xiàn)中提出“腦機(jī)接口”這一專業(yè)術(shù)語(yǔ)，并提出了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：能否將這些可觀測(cè)的腦電信號(hào)用作人機(jī)通信中的信息載體或控制諸如假肢或宇宙飛船之類的外部設(shè)備？他推測(cè)“即使僅以當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)科學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)的現(xiàn)狀為基建了一個(gè)基于視覺(jué)誘發(fā)電位的腦機(jī)接口系統(tǒng)，但在之后的相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間里，該領(lǐng)域的研究并未取得明顯進(jìn)展。在二十世紀(jì)七十年代，實(shí)現(xiàn)腦機(jī)接口技術(shù)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，它需要神經(jīng)生理學(xué)（以識(shí)別心理狀態(tài)與外部信號(hào)中決策的關(guān)聯(lián)性）、信號(hào)分析技術(shù)（從達(dá)到頭皮的雜亂信號(hào)中識(shí)別相關(guān)的信息載體）、計(jì)5算機(jī)科學(xué)（在腦信號(hào)所限定的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)合適的軟件）近二十年來(lái)，神經(jīng)科學(xué)研究已使人們對(duì)大腦有了更好的了解，并理算法和計(jì)算能力飛速發(fā)展，使得實(shí)時(shí)處理復(fù)雜的腦信號(hào)的設(shè)備，從而促進(jìn)了腦機(jī)接口的加速研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用。在表的腦機(jī)接口相關(guān)科學(xué)論文的數(shù)量顯著增加。當(dāng)前，世界研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)陸續(xù)開(kāi)展了腦機(jī)接口相關(guān)的研究項(xiàng)目，全模增長(zhǎng)顯著。這主要得益于以下幾個(gè)方面：基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)神經(jīng)系統(tǒng)的解決方案的需求不斷增加；全球人口老齡化的腦機(jī)接口經(jīng)過(guò)近五十年的創(chuàng)新研究與發(fā)展，在腦信號(hào)獲取的手段法以及應(yīng)用范圍等方面都得到了極大地拓展，腦機(jī)接口的定義也不斷被擴(kuò)展，的：腦機(jī)接口是一種測(cè)量中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)并將其轉(zhuǎn)換為替代、恢復(fù)、增強(qiáng)、環(huán)境正在進(jìn)行的交互。隨著腦機(jī)接口發(fā)展到腦機(jī)交互，腦機(jī)接口是一個(gè)跨學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，其中，與生命科學(xué)相關(guān)的6經(jīng)系統(tǒng)、影像醫(yī)學(xué)（包括腦成像）、生物醫(yī)學(xué)工程、神腦機(jī)接口的研究可以追溯至二十世紀(jì)七十年代，經(jīng)過(guò)近五十年的機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：科學(xué)幻想階段、科即科學(xué)幻想階段，提出了“腦機(jī)接口”這一專業(yè)術(shù)語(yǔ)。1977年，JacquesJ.Vidal開(kāi)發(fā)了基于視覺(jué)事件相關(guān)電位的腦機(jī)接口系統(tǒng)，通過(guò)注的腦機(jī)接口系統(tǒng)。受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，這一階段的即科學(xué)論證階段。來(lái)自美國(guó)和歐洲的少數(shù)先驅(qū)研發(fā)了口系統(tǒng)，并定義了至今仍在采用的幾種主要范式，開(kāi)拓了腦系統(tǒng)有望幫助嚴(yán)重癱瘓患者與環(huán)境進(jìn)行通信和交互。究背后的主要驅(qū)動(dòng)力（仍然是當(dāng)前的主要?jiǎng)恿Γ┱钦叩男滦洼o助技術(shù)，尤其是對(duì)于那些可能無(wú)法使用其他任何替代方案的患者。個(gè)利用腦電進(jìn)行機(jī)器人控制的研究。不久之后，美國(guó)了基于感覺(jué)運(yùn)動(dòng)節(jié)律的腦機(jī)接口系統(tǒng)。研究人員根據(jù)7拼寫器，利用從視覺(jué)皮層采集的視覺(jué)誘發(fā)電位識(shí)別用戶他選擇拼寫器中哪個(gè)符號(hào)。這項(xiàng)研究是基于視覺(jué)誘發(fā)電受試者通過(guò)生物反饋可以學(xué)會(huì)增加或降低穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)第一屆國(guó)際腦機(jī)接口會(huì)議，來(lái)自22個(gè)研究團(tuán)隊(duì)約50名參會(huì)者參加此次會(huì)議。這一時(shí)期的工作仍由歐美學(xué)者主導(dǎo)，主要關(guān)注非侵入式進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，腦機(jī)接口技術(shù)處于發(fā)展的第三階段，以及推動(dòng)腦機(jī)接口的應(yīng)用。在二十一世紀(jì)前十年，腦機(jī)領(lǐng)域，更多研究人員的加入推動(dòng)了腦機(jī)接口迅速發(fā)展。8機(jī)接口研究，如功能磁共振成像測(cè)量的血氧水平依賴信元的動(dòng)作電位以及皮層腦電被用于實(shí)現(xiàn)侵入式腦機(jī)接口動(dòng)物和臨床患者的侵入式腦機(jī)接口研究不斷推進(jìn)。在此行了初步的臨床試驗(yàn)，已證明這些系統(tǒng)適用于肌萎縮側(cè)名參會(huì)者。第一份專門針對(duì)腦機(jī)接口領(lǐng)域的學(xué)術(shù)期刊——《腦機(jī)接口》雜志于其宗旨是促進(jìn)研發(fā)使人們能夠通過(guò)大腦信號(hào)與世界交互的技術(shù)。從實(shí)用的角度來(lái)看，消費(fèi)級(jí)腦電傳感器和腦機(jī)接口系統(tǒng)問(wèn)世并進(jìn)入市場(chǎng)，免費(fèi)開(kāi)源的腦機(jī)接口軟件也不斷更新，腦電信號(hào)處理算法的性能得到顯著提高，同時(shí)提出了腦機(jī)接口人因工程，從用戶層面（即用戶體驗(yàn)、心理狀態(tài)、用戶訓(xùn)練）提高腦機(jī)接可作為嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)障礙患者的輔助通信和控制方法，還能夠幫助運(yùn)動(dòng)障礙群體恢9雖然國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)主要集中在非侵入式腦機(jī)接口的研究并取得了較多進(jìn)展，但在侵入式腦機(jī)接口方面也開(kāi)展了研究。浙江大學(xué)研鼠導(dǎo)航系統(tǒng)以及猴子用皮層腦電控制機(jī)械手完成不同手勢(shì)侵入式神經(jīng)接口設(shè)備領(lǐng)域處于發(fā)展初期，僅在應(yīng)用層面上療公司臨床產(chǎn)品相似，但在核心范式、核心芯片、核心通核心材料器件等方面存在較嚴(yán)重的短板。我國(guó)腦機(jī)接口技還處于起步階段，現(xiàn)階段我國(guó)的整體發(fā)展水平與歐美發(fā)達(dá)距，但是通過(guò)近幾年的努力，差距正在明顯縮小，我國(guó)在），子移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生場(chǎng)電位（fieldpotentials）。可以利用傳感器采集并放大這些神經(jīng)電生理信號(hào)，例如在不同位置和深度采集場(chǎng)電位，可以收集到頭皮腦電信號(hào)能的分區(qū)對(duì)應(yīng)于人體不同器官和肢體功能，負(fù)責(zé)感知覺(jué)、認(rèn)知、語(yǔ)言、思維、情緒等各種功能。以上這些腦功能可驗(yàn)范式使其編碼在神經(jīng)電生理信號(hào)中，腦機(jī)接口技術(shù)正是功能區(qū)位置與不同深度的電信號(hào)，通過(guò)預(yù)處理、特征提取現(xiàn)對(duì)大腦活動(dòng)狀態(tài)或意圖的解碼，并可以把大腦活動(dòng)狀態(tài)通信或控制結(jié)果反饋給用戶，進(jìn)而調(diào)節(jié)其大腦活動(dòng)以獲得述中樞神經(jīng)電生理信號(hào)外，腦組織代謝活動(dòng)相關(guān)的血氧信的操控者就是用戶，同時(shí)用戶本身也是驅(qū)動(dòng)腦機(jī)接口的），腦機(jī)接口的實(shí)驗(yàn)范式設(shè)計(jì)與用戶的感知覺(jué)、表象、注意、認(rèn)知或這些心理任務(wù)誘發(fā)的神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行解碼。腦機(jī)接口密相關(guān)，如運(yùn)動(dòng)想象腦機(jī)接口系統(tǒng)的性能在很大程腦信號(hào)采集是腦機(jī)接口系統(tǒng)的重要組成部分，是其實(shí)用化的瓶頸圖3（a）腦機(jī)接口所利用的電生理信號(hào)的記錄位置b）三種不同的檢測(cè)大腦電活動(dòng)方式：EEG、ECoG和皮層內(nèi)記錄[4][5]面臨著幾個(gè)難題：有創(chuàng)帶來(lái)的安全性問(wèn)題、腦信號(hào)中通常包含有多種噪聲，例如與要求的用戶心理活動(dòng)無(wú)關(guān)號(hào)、工頻干擾、眼電和肌電偽跡等，這在一定程度上降低需要對(duì)腦信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理以剔除偽跡并提高信噪比。不同處理方法，主要有時(shí)域?yàn)V波和空域?yàn)V波，在一定程度上可從而提高信噪比或改善空間分辨率。對(duì)于空間分辨率，也神經(jīng)信號(hào)規(guī)律來(lái)提取特征。為了更準(zhǔn)確的解碼用戶的心象腦機(jī)接口主要提取事件相關(guān)去同步/同步（event-relatedsynchronization/desynchronization，ERS/ERD）的功率譜特征或運(yùn)動(dòng)相關(guān)電位（movement-related），提取到可分性好的的腦信號(hào)特征之后，可以采用先進(jìn)的模式器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練分類模型。值得注意的是，由于用戶之間的個(gè)體差異，實(shí)用的），分類標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)果。一種分類方法可以根據(jù)腦信號(hào)采集的方圖4腦機(jī)接口分類示意圖這類腦機(jī)接口需要采用神經(jīng)外科手術(shù)方法將采集電的電極長(zhǎng)期穩(wěn)定放置，直接記錄神經(jīng)元電活動(dòng)，信號(hào)衰減辨率高。但這屬有創(chuàng)傷植入，技術(shù)難度大，存在繼發(fā)感染腦感染、電極故障或電極壽命結(jié)束，需將電極取出，會(huì)造成二次有待深入研究，突破相關(guān)技術(shù)瓶頸，具有重要的科學(xué)研究侵入式腦機(jī)接口的采集電極主要有剛性和柔性電極。剛性電極極的代表，其技術(shù)較成熟，穩(wěn)定性好、電極密度高、和猶他電極是最具代表性的兩種剛性電極。由于剛性電極硬度遠(yuǎn)高于腦組織，難以隨大腦運(yùn)動(dòng)，容易形成愈傷組織從而減弱信號(hào)，信號(hào)采集方法還有以下幾種：功能近紅外光譜(fNIRS)、功能性磁共振成像圖5不同腦信號(hào)采集技術(shù)的分辨率[5]該技術(shù)空間分辨率高，可精確定位大腦功能區(qū)域，可以選擇某一大腦區(qū)域析具體的思維活動(dòng)，但其時(shí)間分辨率不高、價(jià)格昂貴、體積龐大不便攜，接推算大腦內(nèi)部的神經(jīng)電活動(dòng)。該技術(shù)不易受介質(zhì)的影響，空間分辨率高于間分辨率高、更為便攜、價(jià)格更低、在技術(shù)上比其他腦信號(hào)采集技術(shù)要求低，凝膠電極、生理鹽水電極）和干電極，對(duì)于濕電極，降低其目前，受技術(shù)成熟度和安全性等因素的影響，非侵入式腦機(jī)研究方向，已有較為成熟的試用或應(yīng)用案例，而侵入式腦機(jī)員相對(duì)較少，但該類腦機(jī)接口研究具有探索價(jià)值和潛在的應(yīng)發(fā)刺激可以是視覺(jué)的、聽(tīng)覺(jué)的或體感的等，它反映了人閃光或圖形刺激時(shí)，會(huì)誘發(fā)大腦視覺(jué)皮層產(chǎn)生可記錄到的和信息傳輸率高，用戶不需要訓(xùn)練，通過(guò)視覺(jué)注意目標(biāo)刺海中看到一個(gè)動(dòng)作過(guò)程（視覺(jué)運(yùn)動(dòng)想象）但不發(fā)生實(shí)理活動(dòng)，無(wú)需外界刺激。研究表明運(yùn)動(dòng)想象與實(shí)際運(yùn)假肢和輪椅控制等。該類腦機(jī)接口系統(tǒng)的用戶需要一究和改進(jìn)。從應(yīng)用的角度，這三種主流范式主要用于控），機(jī)接口系統(tǒng)在范式設(shè)計(jì)、腦信號(hào)采集方法、感覺(jué)刺激方控制系統(tǒng)方面已取得了許多重要進(jìn)展，然而依然存在hBCI不僅包含上述三種主流范式之間的組合，也包含腦機(jī)接口系統(tǒng)（腦與hBCI主要分為三大類，如圖6所示。圖6混合腦機(jī)接口類型示意圖[16](1)基于多種范式的hBCI，其中至少使用兩種范式(如P300+SSVEP、(2)基于多種感覺(jué)刺激的hBCI，其中大腦模式通過(guò)多種感覺(jué)刺激,如視聽(tīng)刺（以輸入為主的BCI）具有神經(jīng)調(diào)控的功效，可用于帕金森疾?。╬arkinsons是指通過(guò)腦機(jī)接口系統(tǒng)完成對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與測(cè)量。例如，腦“改善/恢復(fù)”方向主要是指可以針對(duì)多動(dòng)癥、中風(fēng)、癲癇等疾病做對(duì)應(yīng)的恢復(fù)訓(xùn)練。例如，對(duì)于感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層相關(guān)部位受損的中受損的皮層區(qū)采集信號(hào)，然后刺激失能肌肉或控制矯形器癇病人的大腦會(huì)出現(xiàn)某個(gè)區(qū)域的神經(jīng)元異常放電，通過(guò)腦經(jīng)元異常放電后，可以對(duì)大腦進(jìn)行相應(yīng)的電刺激，從而抑運(yùn)動(dòng)想象腦機(jī)接口可用于孤獨(dú)癥兒童的康復(fù)訓(xùn)練，提升他活程度的自我控制能力，從而改善孤獨(dú)癥的癥狀。這一方“替代”方向主要針對(duì)因?yàn)閾p傷或疾病而喪失某種功能的患者。例如，喪失說(shuō)話能力的人通過(guò)腦機(jī)接口輸出文字，或通過(guò)語(yǔ)音合癥患者、重癥肌無(wú)力患者、以及因事故導(dǎo)致高位截癱“增強(qiáng)”方向主要是指將芯片植入大腦，以增強(qiáng)記憶、推動(dòng)人腦和計(jì)算設(shè)備2腦機(jī)接口政策分析2.1美國(guó)腦計(jì)劃中的腦機(jī)接口研究規(guī)劃），動(dòng)全圖、推動(dòng)神經(jīng)科學(xué)研究、針對(duì)目前無(wú)法治愈的大《BRAIN計(jì)劃2025：科學(xué)愿景》報(bào)告，詳細(xì)規(guī)劃了NIH腦科學(xué)計(jì)劃的研究?jī)?nèi)日，加利福尼亞州提出了本州腦科學(xué)計(jì)劃——Cal-％，項(xiàng)目包括各類腦部疾病檢測(cè)和治療的“無(wú)線光學(xué)層析成像帽”、“無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口”和“無(wú)創(chuàng)腦刺激裝置”等，以及幫助解決疼痛和阿片類藥物依賴的創(chuàng)新研究等；圖7按年度劃分的聯(lián)邦BRAIN計(jì)劃資金[18]美國(guó)腦計(jì)劃重點(diǎn)研究中的建立大腦結(jié)構(gòu)圖譜、研發(fā)大規(guī)發(fā)明人腦數(shù)據(jù)采集的新方法與腦機(jī)接口技術(shù)緊密相關(guān)，或依賴腦宣布第三輪支持“通過(guò)推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)元技術(shù)開(kāi)展大腦研究”計(jì)劃的研究資助項(xiàng)目，其中構(gòu)建基于微小電傳感器的神經(jīng)末梢系統(tǒng)，該系統(tǒng)無(wú)線記探索神經(jīng)控制和恢復(fù)、腦機(jī)接口與外骨骼機(jī)器人、無(wú)人機(jī)和無(wú)人車等設(shè)備的聯(lián)用等，以研發(fā)治療和康復(fù)新途徑、增強(qiáng)和開(kāi)拓腦功能和2.2歐盟腦計(jì)劃中的腦機(jī)接口研究規(guī)劃圖8人類腦計(jì)劃（HBP）時(shí)空多尺度和多模態(tài)的技術(shù)手段[20]2.3日本腦計(jì)劃中的腦機(jī)接口研究規(guī)劃日本腦/思維計(jì)劃Brain/MINDS（Bra技術(shù)和人類腦圖譜，其中相關(guān)研究涉及腦機(jī)接口技術(shù)，已有新聞和2.4韓國(guó)腦計(jì)劃中的腦機(jī)接口研究規(guī)劃），多尺度的腦圖譜2）開(kāi)發(fā)用于繪制腦圖譜的創(chuàng)2.5澳大利亞腦計(jì)劃中的腦機(jī)接口研究規(guī)劃2.6中國(guó)腦計(jì)劃中的腦機(jī)接口研究規(guī)劃腦與認(rèn)知、腦機(jī)智能、腦的健康三個(gè)核心問(wèn)題。目），圖9中國(guó)腦計(jì)劃框架圖[23]技力量，規(guī)劃中進(jìn)一步指出需要加強(qiáng)原創(chuàng)性和引領(lǐng)性科技攻攻關(guān)科技前沿領(lǐng)域。其中類腦計(jì)算和腦機(jī)融合技術(shù)研發(fā)是重機(jī)接口技術(shù)是腦機(jī)智能融合技術(shù)的關(guān)鍵之一。腦機(jī)智能融合神經(jīng)康復(fù)，包括認(rèn)知監(jiān)測(cè)和神經(jīng)調(diào)控等方面，其也廣泛應(yīng)用2.7腦機(jī)接口其他相關(guān)政策在我國(guó)，在國(guó)家層面頻頻出臺(tái)一系列人工智能發(fā)展規(guī)劃視并出臺(tái)腦科學(xué)和類腦科學(xué)的相關(guān)政策。上海是全國(guó)最早提出腦與類腦智能基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究市級(jí)重大專項(xiàng)啟動(dòng)實(shí)施，隨之通知，該行動(dòng)方案重點(diǎn)工作指出“面向養(yǎng)老、健康服務(wù)領(lǐng)域，布局機(jī)器學(xué)習(xí)、局腦機(jī)智能產(chǎn)業(yè)，全力打造腦機(jī)智能產(chǎn)業(yè)鏈。西湖區(qū)腦機(jī)智國(guó)有企業(yè)為主體、產(chǎn)學(xué)研深度融合的新路徑，助力西湖區(qū)打作示范區(qū)，真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研深度融合，幫助優(yōu)秀企業(yè)和科研3腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景分析3.1腦機(jī)接口技術(shù)在肢體運(yùn)動(dòng)障礙診療中的應(yīng)用），腦卒中等疾病都可導(dǎo)致患側(cè)腦區(qū)對(duì)應(yīng)的肢體控制出現(xiàn)障礙。腦卒中等疾病造成的運(yùn)動(dòng)功能障礙是最常見(jiàn)的功能障礙之一，現(xiàn)階段常規(guī)的治療技術(shù)，包括常規(guī)的手法治療，電子生物反饋等均集中于患者的外周治療，而目前對(duì)患者大腦的另一類，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元受損導(dǎo)致的肌萎縮側(cè)索硬化癥（漸凍癥）也可導(dǎo)致患者肌腦機(jī)接口技術(shù)在肢體運(yùn)動(dòng)障礙診療的目標(biāo)是通過(guò)該技術(shù)的輔助治療，使患者改肢或外骨骼等外部設(shè)備的控制。例如，2019年，BrainCo旗下的Brai基于腦機(jī)接口技術(shù)的假肢不同于傳統(tǒng)的套筒假體基本上臨床研究，患者可以完全利用大腦運(yùn)動(dòng)皮層信號(hào)精準(zhǔn)控實(shí)現(xiàn)三維空間的運(yùn)動(dòng)。斯坦福大學(xué)的研究人員多年來(lái)一備幫助癱瘓的人重新操控四肢，或者讓截肢者利用自己電腦互動(dòng)。當(dāng)前這一代的植入裝置會(huì)記錄大量神經(jīng)活動(dòng)傳輸這些大腦信號(hào)。但是，無(wú)線腦機(jī)接口傳輸數(shù)據(jù)耗費(fèi)腦卒中患者的大腦連接，加強(qiáng)神經(jīng)元的功能性募集以及促進(jìn)殘存神經(jīng)通路的重塑，從而調(diào)節(jié)患者的大腦活動(dòng)。fMRI結(jié)果顯示，通過(guò)BCI進(jìn)行治療，腦卒中患者損傷的腦區(qū)皮質(zhì)激活狀態(tài)提高，促進(jìn)了患者運(yùn)動(dòng)功能的改善。意大利康復(fù)系統(tǒng)，模擬產(chǎn)生三維空間的虛擬場(chǎng)景，并通過(guò)VR設(shè)備向用戶進(jìn)行視覺(jué)反3.2腦機(jī)接口技術(shù)在意識(shí)與認(rèn)知障礙診療中的應(yīng)用性腦病等病陷入昏迷，繼而進(jìn)入長(zhǎng)期的意識(shí)障礙狀態(tài)，即提高，神經(jīng)急危重癥患者死亡率明顯下降，但意識(shí)障礙患慢性意識(shí)障礙包括持續(xù)性植物狀態(tài)和微意識(shí)狀態(tài)患者由于常處于無(wú)法交流的狀態(tài)，因此常常被延誤治療，甚至誤診，錯(cuò)失了最佳的康復(fù)機(jī)會(huì)。近幾年，腦機(jī)接口技術(shù)在慢性意識(shí)障礙診療領(lǐng)域的研究開(kāi)始逐月在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院虹橋院區(qū)隆重召開(kāi)，多位世界各國(guó)的科學(xué)家介紹了在腦機(jī)接口用于腦損傷及意識(shí)障礙的研究成果，來(lái)自以色列特拉維夫大學(xué)的NathanIntrator教授通過(guò)多個(gè)案例介紹腦電監(jiān)測(cè)與指紋識(shí)別在意識(shí)障礙中的應(yīng)用。G.TEC公司ChristophGuger教授主要介紹了用意識(shí)障礙患者的重大意義。華南理工大學(xué)李遠(yuǎn)清教授研究組主要介紹的是多模態(tài)的BCI和相關(guān)的臨床應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)意識(shí)障礙診斷與評(píng)定、預(yù)后判斷，甚至與意識(shí)障礙患者實(shí)現(xiàn)交流。常采用現(xiàn)，腦機(jī)接口設(shè)備獲取患者受到靶刺激后的腦電信號(hào)，分析患者狀態(tài)，部分患研究所）、中國(guó)科學(xué)院靈長(zhǎng)類神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王立附屬華山醫(yī)院神經(jīng)外科毛穎/吳雪海團(tuán)隊(duì)在《自然-神經(jīng)科題為《探索意識(shí)障礙患者層級(jí)語(yǔ)言加工》的合作研究論文語(yǔ)言序列范式和頭皮高密度腦電記錄，幫助臨床醫(yī)生對(duì)意開(kāi)科。這個(gè)病區(qū)將主要面向俗稱“植物人”的意識(shí)障礙患者，運(yùn)用神過(guò)腦波治療疾病。麻省理工學(xué)院的蔡立慧教授團(tuán)激可讓小鼠大腦腦產(chǎn)生有益腦電波，從而改善認(rèn)要負(fù)責(zé)長(zhǎng)時(shí)記憶的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換和定向等功能。記憶密碼，現(xiàn)已對(duì)老鼠和猴子大腦進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，證實(shí)大腦信息可電信號(hào)進(jìn)行復(fù)制以實(shí)現(xiàn)記憶移植，通過(guò)植入芯片可以幫口技術(shù)幫助因患上老年癡呆等疾病而失去記憶的人找回處于很初級(jí)的階段，在技術(shù)、臨床應(yīng)用、倫理等方面都3.3腦機(jī)接口技術(shù)在精神疾病診療中的應(yīng)用的效果難以讓人滿意。腦機(jī)接口研究的進(jìn)步，能大大提具體來(lái)說(shuō)，相比于其他生理信號(hào)，腦電信號(hào)可以提供更多感信息。通過(guò)學(xué)習(xí)算法，提取腦電信號(hào)特征，可以悲傷、平靜、憤怒、害怕、驚訝、生氣等）的判別的情感識(shí)別研究可用于輔助抑郁癥、焦慮癥等精神療。此外，在精神疾病康復(fù)治療方面，基于腦機(jī)接口設(shè)備獲取并分析腦電波，開(kāi)發(fā)針對(duì)抑郁和焦慮的客金醫(yī)院成立腦機(jī)接口及神經(jīng)調(diào)控中心，同時(shí)啟動(dòng)中機(jī)接口和腦深部電刺激方法治療難治性抑郁癥，改變傳統(tǒng)布在全身，很難集中到腦內(nèi)的現(xiàn)狀。此外，國(guó)家心理健康域醫(yī)院的高采樣率神經(jīng)生理信號(hào)的高精度采集、大容量數(shù)臺(tái)，建立基于中國(guó)人群的采集標(biāo)準(zhǔn)、范式和指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)和大），腦電信號(hào)采集與分析工作將在心理與精神疾病的預(yù)防與篩查中起到該項(xiàng)目中采用云儲(chǔ)存和分析管理中心的方案，通過(guò)中心醫(yī)器，以及分析管理工作站，將多家下級(jí)醫(yī)院的腦電設(shè)備的情況實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體抑郁、焦慮水平的評(píng)估。該團(tuán)隊(duì)與博?？悼萍加邢薰竞献鳎?.4腦機(jī)接口技術(shù)在感覺(jué)缺陷診療中的應(yīng)用的相應(yīng)功能區(qū)，例如現(xiàn)代醫(yī)學(xué)已經(jīng)探明顳葉負(fù)責(zé)聲學(xué)的加加工，額葉即包括了體觸覺(jué)的加工，也負(fù)責(zé)高級(jí)認(rèn)知功能機(jī)接口技術(shù)，使用動(dòng)態(tài)電流電極刺激大腦皮層，在受試學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心、首都醫(yī)科大學(xué)學(xué)團(tuán)隊(duì)利用腦電技術(shù)提供客觀有效的人工耳蝸植入兒童腦機(jī)接口在兒童聽(tīng)覺(jué)康復(fù)方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，有助覺(jué)言語(yǔ)康復(fù)訓(xùn)練提供更準(zhǔn)確的參考依據(jù)。該項(xiàng)研究成果該研究使用腦機(jī)接口放大患有脊髓損傷病人手上殘余的觸覺(jué)信號(hào)并傳遞給大數(shù)十億個(gè)神經(jīng)元，而現(xiàn)有的腦機(jī)接口技術(shù)僅刺激了其中的術(shù)難點(diǎn)將是開(kāi)發(fā)具有更多電極的電極陣列，實(shí)現(xiàn)更精確地3.5腦機(jī)接口技術(shù)在癲癇和神經(jīng)發(fā)育障礙診療中的應(yīng)用很大局限性，特別是在疾病早期，針對(duì)孩子的狀態(tài)進(jìn)行反饋訓(xùn)練治療具有很大應(yīng)用前景。神經(jīng)反饋是歷史悠久的腦機(jī)接口交互系統(tǒng)中的一種，反饋訓(xùn)練技術(shù)可以優(yōu)化這類疾病的診療流程。隨著科技的不斷進(jìn)步，神經(jīng)反饋訓(xùn)練提高患者在行為以及注意力方面的表現(xiàn)，但卻不能像神經(jīng)反饋訓(xùn)練一樣改善患用并進(jìn)一步完善目前已有的神經(jīng)反饋訓(xùn)練方案從而更高效地治療多動(dòng)癥已成為美國(guó)兒科醫(yī)學(xué)會(huì)指南推薦。北京大學(xué)第六醫(yī)院孫黎研究員采用基的神經(jīng)反饋干預(yù)配合認(rèn)知訓(xùn)練，顯著改善注意缺陷多動(dòng)障礙兒童的注意和執(zhí)行成像、核磁共振、基因?qū)W等多學(xué)科途徑，為兒童行為發(fā)育的評(píng)估和診療體系貢4腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn)4.1腦機(jī)接口技術(shù)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境分析4.2腦機(jī)接口技術(shù)的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀表1腦機(jī)接口技術(shù)國(guó)內(nèi)外主要研究機(jī)構(gòu)國(guó)外侵入式分校Swartz計(jì)算神經(jīng)科侵入式國(guó)內(nèi)隊(duì)隊(duì)侵入式侵入式侵入式從公司的角度，因其研發(fā)成本高、專業(yè)人才缺乏、盈利模式不明等因，相比其它人工智能產(chǎn)品，涉足這一領(lǐng)域相對(duì)較少。近和類腦科學(xué)、人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，腦機(jī)接口也受到最新研究成果，都使得腦機(jī)接口從實(shí)驗(yàn)室被推向了公眾視熱點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)，腦機(jī)接口領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)企業(yè)博?？悼萍既涨耙餐瓿闪诉^(guò)億元B％，球最大市場(chǎng)，占總市場(chǎng)份額超過(guò)6成[43]。聯(lián)合市場(chǎng)研究公司（AlliedMarket果從腦機(jī)接口可影響到的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，不論是醫(yī)療、教育還是消費(fèi)，都將帶表2腦機(jī)接口主要芯片廠商公司名稱研究方向產(chǎn)品專注于侵入式腦機(jī)將人工智能植入人類大腦皮層的腦機(jī)津業(yè)表3腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的主要應(yīng)用產(chǎn)品公司名稱研究方向產(chǎn)品著名的侵入式2017年實(shí)現(xiàn)BCI字符輸入、控制自己的軀干和手吃飯創(chuàng)立的美國(guó)腦機(jī)位于美國(guó)加利福研發(fā)了名為“神經(jīng)輸入輸出總線在2021年或2022年進(jìn)行人體實(shí)驗(yàn)。立在法國(guó)，總部總部位于瑞士洛年非侵入式腦機(jī)接口研開(kāi)發(fā)了集成了可穿戴頭顯和3D總部位于美國(guó)加用于癲癇治療的腦部植入裝置RNSStimulator，并于2013年由清華大學(xué)神經(jīng)工程實(shí)驗(yàn)室專家口搭建以神經(jīng)信號(hào)采集、解江強(qiáng)腦科技佛創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室孵化的第一支華人研發(fā)非侵入式可），孵化于上海交通一款eCon無(wú)線腦電采集家用助眠智能腦機(jī)交全方位的腦電信號(hào)監(jiān)依托西安交通大無(wú)線便攜式醫(yī)療級(jí)腦電頭江蘇集萃腦機(jī)融合研究所州，依托中科院半導(dǎo)體所研究團(tuán)隊(duì)和腦-機(jī)接口的核心器采用腦電信號(hào)監(jiān)測(cè)、識(shí)別疲勞狀態(tài)，采用高能效比邊緣計(jì)算處理器實(shí)現(xiàn)復(fù)雜腦機(jī)接口算法的本地執(zhí)），4.3腦機(jī)接口技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)和發(fā)展建議還有很重要的一點(diǎn)，當(dāng)前尚無(wú)統(tǒng)一的腦機(jī)接口基礎(chǔ)理論框機(jī)接口系統(tǒng)的性能進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。商業(yè)化、腦機(jī)接口技術(shù)和市場(chǎng)目前都還處在早期的階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)5結(jié)束語(yǔ)參考文獻(xiàn)附錄一：腦機(jī)接口技術(shù)優(yōu)秀應(yīng)用案例一.國(guó)產(chǎn)自主研發(fā)腦機(jī)接口系統(tǒng)優(yōu)秀案例列國(guó)際領(lǐng)先的學(xué)術(shù)成果。然而無(wú)論是在學(xué)術(shù)研究，以及在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用中，腦機(jī)接口系統(tǒng)中最重要的組成部分——神經(jīng)信號(hào)采集系進(jìn)口產(chǎn)品所壟斷，導(dǎo)致我國(guó)難以形成完全自主可控的腦機(jī)接口系統(tǒng)技術(shù)體系，同時(shí)也限制了腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療以及其他領(lǐng)域的大范支持下，采用完全自主創(chuàng)新的技術(shù)路線，研發(fā)了多款面圖10高性能腦電采集系統(tǒng)升信號(hào)的采樣精度，信號(hào)帶寬與動(dòng)態(tài)范圍，保定位、功能區(qū)定位的高密度信號(hào)采集需求。由于系統(tǒng)采用腦體積相仿的腦電采集設(shè)備減小至手機(jī)大小，提升了設(shè)備求高的信號(hào)也能夠通過(guò)無(wú)線的方式進(jìn)行采集與傳輸。完全打字應(yīng)用康復(fù)訓(xùn)練圖11高性能腦機(jī)接口應(yīng)用示例針對(duì)癲癇、中風(fēng)、老年癡呆、抑郁等神經(jīng)、精神類疾病，該腦機(jī)接口打字系統(tǒng)已經(jīng)幫助近百名漸凍癥病人實(shí)現(xiàn)了日性能腦電采集系統(tǒng)搭建的中風(fēng)主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，在清華復(fù)機(jī)構(gòu)中幫助中風(fēng)偏癱的病人實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)。該接口系統(tǒng)是一種新型的雙向腦機(jī)接口系統(tǒng)，有別于傳統(tǒng)創(chuàng)腦機(jī)接口系統(tǒng)將硬幣大小的體內(nèi)機(jī)埋在顱骨中，采用小，在硬膜外采集和刺激，實(shí)時(shí)傳輸并儲(chǔ)存全部腦電數(shù)無(wú)線通訊，既保證了信號(hào)質(zhì)量，又沒(méi)有破壞硬腦膜傷及入并發(fā)癥的痛點(diǎn)。顱骨內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，既保證了能夠長(zhǎng)期長(zhǎng)期穩(wěn)定的大腦信號(hào)的提取，結(jié)合人工智能算法的訓(xùn)練言等大腦功能的解碼，探究情緒、記憶等大腦功能的編圖12微創(chuàng)植入閉環(huán)腦機(jī)接口系統(tǒng)（a）原理圖（b）系統(tǒng)示意圖在神經(jīng)、精神疾病治療的同時(shí)，微創(chuàng)腦機(jī)接口系統(tǒng)可以幫助殘疾人恢復(fù)運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)言等功能。不同于目前國(guó)內(nèi)外仍處于臨床前研究階段的植入腦機(jī)接口系統(tǒng)，微創(chuàng)腦機(jī)接口系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間植入，在保證長(zhǎng)期安全時(shí)，能夠穩(wěn)定