脑机接口技术在医疗领域应用前景广阔(开卷知新)

光山新闻网 采集侠 2024-06-17 22:46:01
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脑机接口技术在医疗领域应用前景广阔(开卷知新)

 

  制图:张芳曼

 

  脑机接口是一种技术系统,它建立了大脑与计算机或其他外部设备之间的直接通信通道,使个体无需经过传统的肌肉运动或神经系统,直接用大脑活动来控制外部设备或应用。近年来,脑机接口技术在生物医学、神经康复和智能机器人等领域取得重大进展,引起广泛关注。在医学领域,脑机接口技术作为创新性研究方向,在治疗神经系统疾病、促进患者康复和改善生活质量方面具有重要意义。

  更加直观、高效的人机交互方式

  脑机接口的基本原理是通过采集脑电图、脑磁图或脑内电极记录的神经元活动等神经信号,利用信号处理和模式识别算法来解码,并转换成控制指令或输出信号,从而实现对外部设备的控制或与外部设备的交互。

  脑机接口技术在医疗康复、神经科学研究、辅助工具开发、虚拟现实、智能机器人等领域具有广阔的应用前景。它提供了更加直观、高效的人机交互方式,同时为患者提供了重要的检查、治疗和康复工具。

  根据大脑与外部设备之间信息传递的方向,脑机接口可分为单向和双向两种类型。单向脑机接口中,人的大脑活动被采集并解码,然后转换成控制信号,用于控制轮椅或假肢等外部设备,但外部设备并不向大脑发送任何反馈信息。双向脑机接口不仅能将解码的大脑信号用于控制外部设备,还可以通过电刺激将外部设备产生的反馈信号传递回大脑,使人感知外部环境或设备的状态,直观地与外部世界进行交互和沟通。

  根据采集信号的电极摆放位置,脑机接口可分为侵入式、非侵入式和半侵入式3种。侵入式脑机接口需要神经外科医师通过微创开颅手术将电极直接植入患者大脑。这些植入脑内的电极记录大脑电波信号,经过处理、分析和编码后,将其转换为计算机或其他电子设备可识别的指令,实现对外部设备的控制。侵入式脑机接口的优势在于可以直接获取高质量、高时空分辨率的神经信号,但其技术难度大,存在较高的安全风险,如植入物可能引发大脑排异反应或因移动造成脑损伤等。非侵入式脑机接口用穿戴在患者头部的设备来记录和解读大脑信息,操作简单、成本低、安全性高。由于该技术需要通过头皮和颅骨来采集信号,因此只能获取到大范围脑区的宏观活动信号,获取范围有限,信号空间分辨率较低,同时容易受到外界干扰。半侵入式脑机接口通常将电极植入头皮下或硬脑膜外,无需穿透大脑皮层采集信号,具有较高的信号质量和分辨率,同时降低了直接植入脑内带来的安全风险。

  脑机接口技术有望应用于脑神经疾病治疗,为未来的医疗和康复设备提供更加智能化和个性化的解决方案,推动医疗领域向更加人性和高效的方向发展。另外,脑机接口也促进了神经科学和脑机交互领域的研究,深化对人类大脑功能的理解。

  为神经系统疾病患者带来治疗和康复希望

  近年来,神经系统疾病已成为全球性的医疗难题,对人类健康和社会发展构成严峻挑战。根据世界卫生组织引用国际权威神经学杂志数据,全球超过1/3的人口受到神经系统疾病的困扰,包括偏头痛、中风、婴儿脑损伤、痴呆症、癫痫、早产儿神经系统并发症、孤独症谱系障碍等。这些疾病不仅导致健康问题,还给医疗系统和社会经济带来巨大负担。脑机接口技术在医疗健康领域展现巨大潜力,为庞大的神经系统疾病患者群体带来了新的治疗希望和康复途径。尤其是针对肢体运动障碍、意识与认知障碍、癫痫和精神性疾病等的治疗和康复,脑机接口技术取得重要突破和长足进展。