Page 8 - 南京医科大学社科版
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                                                    南京医科大学学报（社会科学版）京医科大学学报（社会科学版）                 第2期 总第127期
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                                             Journal of Nanjing Medical University（Social Sciences）of Nanjing Medical University（Social Sciences）  2025年4月
                                             Journal
               及人工智能等多种学科的快速融合发展，脑机接口                            体功能有了更加深入系统的认识。通过脑机接口
               的概念也在不断演进。一般认为，脑机接口是指在                            设备获取特定关键信息，再进行分析与解读，在神
               生物脑与智能机器之间建立直接的数据传输和控                             经、精神、眼科、耳科等多个医学领域的诊断、筛
               制通道，实现双向交互的技术。具体而言，脑机接                            查、监护、治疗与康复方面展现出广阔的应用前
               口技术既能够采集并解析脑活动数据，用于控制                             景 ［2］ 。脑机接口的发展主要包括具有渐次递进的
               外部设备，同时也可以将人工编码的信息直接输                             四重目标。
               入脑，以实现认知功能的替代、修复、增强或改善，                               第一重目标：修复身体功能。通过脑机接口修
               并实现脑与智能机器的双向交互、协同工作及功                             复残障人士的生理缺陷，用机器替代人类身体的部
               能融合。                                              分机能。如让瘫痪患者重新站起来行走，让视障人
                  （二）基本原理                                        士重见光明等。这既是脑机接口发展的初衷，也是
                   作为一种具有颠覆性的人机交互模式，脑机接                          最能体现脑机接口应用价值的典型成果。
               口摆脱了外周神经和脑部肌肉，直接在脑与智能设                                第二重目标：改善精神状态。通过脑机接口，
               备之间建立起一种全新的通信与控制通道，既为传                            改善大脑运行状态，让其保持强劲活力、思维敏捷，
               统的通过医学方式难以解决的脑部疾病提供了新                             并能集中注意力，精神饱满地处理各种复杂事务。
               的治疗手段，也为进一步拓展人类的智能提供了更                                第三重目标：增强思维能力。通过脑机接口实
               多的可能性。而且，脑机接口的应用不仅仅局限于                            现短时间内拥有大量的知识和技能，以实现记忆移
               医疗领域，其在教育、军事、文化、娱乐等领域的应                           植等目标。这是治疗失忆症等疾病的有效方式，在
               用，也带来了重要的创新变革机遇。                                  美国已出现用记忆芯片给猴子移植记忆的例子，为
                   脑机接口的基本原理是：通过在不同脑区部署                          在人体上的应用奠定了基础。
               多种脑电传感器阵列以实时采集相应的电信号，对                                第四重目标：重塑沟通模式。通过脑机接口重
               这些信号进行预处理、特征提取、模式识别和机器                            塑人机交互沟通方式，同时也为利用脑电信号直接
               学习等程序后，解析出脑活动的特定思维或行为意                            通信提供可能，让那些失去语言能力的残障人士实
               图，并通过反馈通道将相关信息或控制指令反馈给                            现无障碍沟通，同时也为破解动物的“思想”提供可
               脑，最终帮助用户调整行为模式，以达到更优的行                            能，实现人和动物之间的“心灵相通”。
               为效果。具体流程见图1。                                          （四）技术体系和产业链构成
                                                                     脑机接口的技术体系主要分为硬件层和软件
                                          脑信号处理与解码               层两大组成部分。硬件层包括脑电采集设备和脑
                       脑信号采集
                       脑信号采集
                                    脑信号    脑信号特    脑活动模式识        电信号处理设备，其中脑电采集设备包括核心材料
                                    预处理     征提取    别与机器学习
                                                                 和器件、电极，脑电信号处理设备包括芯片、电源
                                             控制接口                等；软件层包括脑电信号分析、核心算法、通信计算
                                                                 和安全隐私。硬件层和软件层有机统一，犹如电脑
                                 神经反馈            机器人等            的硬件和软件，两者相互依存、融合共生。从技术
                                                  外设
                 用户脑
                                                                 发展的瓶颈来看，硬件层面临着数据存储量越来越
                                                                 大、数据传输速度越来越快、数据精准度要求越来
                           图1 脑机接口原理流程图
                                                                 越高的压力；软件层则对算法的解析能力、数据编
                   各组成部分的角色与作用如下。①用户脑：系                          码方式以及安全与隐私保护方面有了更高的适应
               统操控者，是脑机接口的主要信号源；②脑信号采                            需求。从产业链的角度来看，脑机接口包括上中下
               集：采集高质量脑信号，并确保传感器安全、舒适、                           三个组成部分：上游是脑机接口的脑信号采集设
               美观和易用；③脑信号处理和解码：包括脑信号预                            备，分别包括脑机接口电极、脑机接口芯片、脑机接
               处理、脑信号特征值提取以及脑活动模式识别与机                            口组件三大类型的硬件产品；中游主要是用来实现
               器学习三个环节；④控制接口：将用户意图所表征                            脑电信号采集、处理和分析的各类通信系统及软硬
               的逻辑控制信号转换为语义控制信号，再转为物理                            件设施；下游主要包括应用端的各类外设、软件以
               控制信号；⑤机器人等外设：包括康复机器人、智能                           及支撑运营的平台。
               假肢等；⑥神经反馈：用以实现双向脑机交互，促进                               （五）脑机接口的类型
               脑电信号和电子信号互联互通。                                        根据脑信号采集时电极植入脑位置的深浅，脑
                  （三）发展目标                                        机接口分为侵入式、半侵入式和非侵入式三类。
                   随着现代医学的不断进步，人类对大脑听觉、                              侵入式脑机接口指通过神经外科手术将电极
               视觉、触觉、味觉、运动、语言等功能区的分布和具                           等信号记录装置植入脑内特定部位，实现精准定位
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