腦機接口(Brain-Machine Interface, BMI，又稱腦機接口)為人類與機器和環(huán)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(qū)域的神經(jīng)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(tǒng)的腦機接口允許我們在受限的實驗室環(huán)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(zhàn)性。

大腦深層區(qū)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(qū)域是侵入性神經(jīng)調節(jié)和臨床神經(jīng)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(jīng)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(jié)大腦深層區(qū)域的神經(jīng)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(jié)大腦的病理狀態(tài)。先進的DBMI技術旨在以高時空分辨率記錄和解碼深層神經(jīng)活動，并有效配置刺激參數(shù)，以精確調節(jié)大腦狀態(tài)。由于我們對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性和適應性等機制的了解有限，開發(fā)具有長期療效的DBMI仍然具有挑戰(zhàn)性。

由于神經(jīng)系統(tǒng)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(jīng)電活動的腦機接口技術及其在感知和調節(jié)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(tǒng)，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(tǒng)的閉環(huán)控制框架，以及面向臨床應用的閉環(huán)深腦接口技術的發(fā)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。

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深層大腦機器接口:感知和調節(jié)人類深層大腦

https://doi.org/10.1093/nsr/nwac212  

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10.1093 / nsr / nwac212