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脑机接口破圈医疗!对五种疾病或有奇效,难怪马斯克吹爆[附下载]|智东西内参

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在线会员 发表于 2021-7-18 00:17:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
脑机接口破圈医疗!对五种疾病或有奇效,难怪马斯克吹爆[附下载]|智东西内参
脑机接口破圈医疗!对五种疾病或有奇效,难怪马斯克吹爆[附下载]|智东西内参

脑机接口,让病人重获新生。
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  智东西内参


在马斯克“三只小猪和打游戏猴子”的推动下,脑机接口(Brain Computer Interface,BCI )技能近些年走近了大众视野。
BCI指在人或动物大脑与外部装备之间创建的直接毗连,实现脑与装备的信息互换。脑机接口在大脑与外部环境之间创建一种全新的不依赖于外周神经和肌肉的交换与控制通道, 从而实现大脑与外部装备的直接交互。该技能可以或许在人(或其他动物) 脑与外部环境之间创建沟通以到达控制装备的目标, 进而起到监测、替换、 改善/规复、 增强、 增补的作用。
比年来, 天下各国渐渐器重脑科学研究,相继启动各自的脑科学相干科技规划, 环球范围内大量投入对脑科学研究, 这些可以或许极大地增长人类对大脑怎样工作以及怎样治疗脑部疾病的明白。脑机接口是脑科学和类脑智能研究的告急方向, 已上升为国家的科技战略重点或力推的焦点科技发展范畴。随着神经科学、 生物兼容性质料、 传感器、 大数据和人工智能等技能的进步, 以及以 Neuralink 等创新技能投资公司为代表的全新研究力气的加入, 脑机接口技能进入了快速发展阶段, 在信号获取和处置惩罚、 解码算法和体系实现等关键技能范畴取得了很多突破性盼望。
本期的智能内参,我们保举中国人工智能产业发展同盟的陈诉《脑机接口技能在医疗康健范畴应用白皮书》, 分析并总结脑机接口关键技能、 脑机接口在医疗康健范畴的范例应用场景和脑机接口产业发展近况。如果想收藏本文的陈诉,可以在智东西(公众号:zhidxcom)复兴关键词“nc556”获取。  
原标题:
《脑机接口技能在医疗康健范畴应用白皮书》
作者:闵栋 等

01.脑机接口,从科幻到实际
1、脑机接口发展历程

传统或狭义的脑机接口BCI 是指使用中枢神经体系产生的信号, 在不依赖外周神经或肌肉的条件下, 把用户或被试的感知觉、 表象、 认知和头脑等直接转化为动作, 在大脑( 含人与动物脑) 与外部装备之间创建直接的交换和控制通道, 其目标重要是为疾病患者、 残障人士和康健个体提供可选的与外部天下通讯和控制的方式, 以改善或进一步进步他们的生存质量。
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▲传统或狭义的 BCI 体系体现图另一类 BCI称为输入式 BCI, 重要由外部装备或呆板绕过外周神经或肌肉体系直接向大脑输入电、 磁、 声和光的刺激等或神经反馈, 以调控中枢神经运动, 如深部脑刺激 、 经颅磁刺激 、 经颅直流/交换电刺激和经颅超声刺激等。
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▲输入式 BCI 体现图广义的 BCI 包罗上述狭义的输出式 BCI 和输入式 BCI, 实际上, 这两类 BCI均可以由神经反馈构成交互式的闭环体系(即交互式 BCI) , 重要看是以输出式为主还是以输入式为主, 取决于所计划 BCI 的重要功效。
脑机接口的研究可以追溯至二十世纪七十年代, 颠末近五十年的研究, 脑机接口技能的发展履历了三个阶段:科学理想阶段、 科学论证阶段、 技能发作阶段。 现在, 脑机接口技能正处于第三个阶段——技能发作阶段。
在二十世纪七十年代至八十年代初期, 脑机接口技能处于发展的第一阶段,即科学理想阶段, 提出了“脑机接口”这一专业术语。1977 年, Jacques J. Vidal开辟了基于视觉变乱相干电位的脑机接口体系, 通过注视同一视觉刺激的差别位置实现了对 4 种控制指令的选择;1980 年, 德国学者提出了基于皮层慢电位脑机接口体系。受限于其时的技能条件, 这一阶段的脑机接口研究并未取得显着盼望。
在二十世纪八十年代末至九十年代末, 脑机接口技能处于发展的第二阶段,即科学论证阶段。来自美国和欧洲的少数先驱研发了首个实时且可行的脑机接口体系, 并界说了至今仍在采取的几种重要范式, 开辟了脑机接口范畴。1988年, L.A. Farwell 和 E. Donchin 提出了闻名且广泛使用的脑机接口范式, 即“P300拼写器”。只管基于该范式的体系仅在康健受试者上举行了测试, 但研究表明该体系有望资助严肃瘫痪患者与环境举行通讯和交互。
实际上, 其时脑机接口研究背后的重要驱动力(仍然是当前的重要动力) 正是盼望将其用作运动停滞患者的新型辅助技能, 尤其是对于那些大概无法使用其他任何替换方案的患者。同年, Stevo Bozinovski 等人报道了使用脑电 alpha 波控制移动呆板人, 这是首个使用脑电举行呆板人控制的研究。
不久之后, 美国和欧洲的研究者都开辟出了基于感觉运动节律的脑机接口体系。研究职员根据操纵性条件作用开辟了用于控制一维光标的脑机接口, 使用该方法, 通过向用户实时反馈感觉运动节律运动, 练习用户学会自我调治其感觉运动节律的幅度, 以实现向上或向下移动小球。
进入二十一世纪以来, 脑机接口技能处于发展的第三阶段, 即技能发作阶段。这一阶段重要聚焦于实现脑机接口的技能门路, 发展各种各样的技能方法,以及推动脑机接口的应用。
在二十一世纪前十年, 脑机接口发展成为一个研究范畴, 更多研究职员的加入推动了脑机接口灵敏发展。新型的脑机接口实行范式相继涌现, 如听觉脑机接口、 言语脑机接口、 感情脑机接口、 以及肴杂脑机接口。在算法研究方面, 先辈的脑电信号处置惩罚和呆板学习算法被应用于脑机接口, 如共空间模式算法、 xDAWN 算法等。
新型的脑信号获取技能相继应用于脑机接口研究, 如功能磁共振成像丈量的血氧程度依赖信号以及功能近红外光谱丈量的皮层构造血红卵白浓度被用于构建非侵入式脑机接口。别的, 单个神经元的动作电位以及皮层脑电被用于实现侵入式脑机接口体系, 针对非人灵长类动物和临床患者的侵入式脑机接口研究不停推进。
在此期间, 早期开辟的脑机接口(如基于 P300 和视觉诱发电位的脑机接口) 的性能得到了显着进步, 并举行了开端的临床试验, 已证明这些体系实用于肌萎缩侧索硬化症、 脑卒中以及脊髓损伤患者。
近十年来, 脑机接口研究的规模和范围急剧扩大。在规模上, 2018 年第七届(也是近来一次) 国际脑机接口集会聚集了来自 221 个研究团队或构造的 432名参会者。第一份专门针对脑机接口范畴的学术期刊——《脑机接口》 杂志于2013 年创刊, 并于 2014 年出书了第一期。国际脑机接口协会也于 2015 年创建,其宗旨是促进研发使人们可以或许通过大脑信号与天下交互的技能。
通过对已有研究的梳剃头现, 脑机接口研究始于非侵入式脑机接口, 而且早期研究也重要会合于非侵入式脑机接口。进入二十一世纪以来, 随着神经科学、 盘算科学、 质料科学的进步, 侵入式脑机接口研究盼望灵敏, 并取得了较好的展示结果, 但风险和资本依然很高。
同时, 非侵入式脑机接口的性能得到很大的提升, 并朝着小型化、 便携化、 可穿着化及简单易用化方向发展, 现在,非侵入式脑机接口研究仍占主导。脑机接口的应用仍重要会合于医学范畴, 但脑机接口在非医学范畴的应用发展灵敏, 尤其是在增强正常个体感知觉和认知、娱乐游戏、 汽车和呆板人行业。
现在, 脑机接口的研究在环球范围内广泛睁开, 研究的规模出现显着上升趋势。总体上, 美国在脑机接口的理论、 方法和实践方面领先上风非常显着,绝大多数侵入式脑机接口研究会合于美国, 其在神经界面技能方面百花齐放,并取得告终果, 已乐成开辟了多种外周神经电极、 三维电极、 柔性电极、 环形电极、 光遗传技能并应用于脑机接口。相比力, 欧盟和欧洲国家器重神经疾病研究, 重要关注非侵入式脑机接口, 日本也重要关注非侵入式脑机接口, 提倡脑机接口和呆板人体系的集成。
现在, 脑机接口的研究在环球范围内广泛睁开, 研究的规模出现显着上升趋势。总体上, 美国在脑机接口的理论、 方法和实践方面领先上风非常显着,绝大多数侵入式脑机接口研究会合于美国, 其在神经界面技能方面百花齐放,并取得告终果, 已乐成开辟了多种外周神经电极、 三维电极、 柔性电极、 环形电极、 光遗传技能并应用于脑机接口。
国脑机接口相干研究始于二十世纪九十年代末, 清华大学创建了基于稳态视觉诱发电位(SSVEP) 的脑机接口新范式, 现在, 这一范式已经成为无创脑机接口三种重要范式之一。比年来, 国内脑机接口研究取得了明显盼望如清华大学在高速无创脑机接口字符输入等方面, 华南理工大学在多模态无创脑机接口等方面, 天津大学在神经全愈和航天应用等方面, 上海交通大学在感情辨认等方面。
别的, 国防科技大学、 中国科学院半导体研究所、 电子科技大学、北京师范大学、 兰州大学、 中国科学院深圳先辈技能研究院、 中国医学科学院生物医学工程研究所、 华中科技大学、 昆明理工大学等单位在脑机接口及脑机协作智能方面也做了告急工作。
2、脑机接口技能配景

如前所述, 脑机接口技能是一个跨学科交织融合的研究范畴, 涉及神经科学、 认知科学、 生理学、 影像医学、 生物医学工程、 质料科学、 电子工程、 信号处置惩罚与模式辨认、 人工智能等多个学科, 是一项复杂的体系工程, 科研代价巨大, 应用远景广泛。
脑机接口的原理底子是神经科学。大脑中枢神经元膜电位的厘革会产生锋电位或动作电位 , 而且神经细胞突触间转达的离移动会产生场电位 。可以使用传感器收罗并放大这些神经电生理信号, 比方在差别位置和深度收罗场电位, 可以网络到头皮脑电信号皮层脑电信号和局部场电位。
另一方面, 通过神经元和神经突触发挥意识、 头脑和影象等大脑功能, 其功能的分区对应于人体差别器官和肢体功能, 负责感知觉、 运动、 留意、 影象、认知、 语言、 头脑、 感情等各种功能。
以上这些脑功能可以通过计划恰当的实行范式使其编码在神经电生理信号中, 脑机接口技能正是通过收罗这些差别脑功能区位置与差别深度的电信号, 通过预处置惩罚、 特性提取和模式辨认, 从而实现对大脑运动状态或意图的解码, 并可以把大脑运动状态、 解码结果、 与外界通讯或控制结果反馈给用户, 进而调治其大脑运动以得到更好的性能。除了上述中枢神经电生理信号外, 脑构造代谢运动相干的血氧信号也可以编码大脑运动状态并可用其来辨认大脑的运动状态。
脑机接口体系重要由用户(大脑) 、 脑信号收罗、脑信号处置惩罚与解码、 控制接口、 呆板人等外设和神经反馈构成。
用户是脑机接口体系中产生脑信号的大脑(brain) 或中枢神经体系(CNS),是脑机接口体系必不可少的最复杂、 最生动、 高度自顺应的子体系。脑机接口的操控者就是用户, 同时用户自己也是驱动脑机接口的信号源, 因此, 脑机接口体系是最范例的人在环路的体系( 人机闭环体系) , 其计划和评价须要以用户为中央。
脑信号收罗是脑机接口体系的告急构成部门, 是实在用化的瓶颈之一, 收罗到高质量的脑信号至关告急。收罗大脑运动的方法有多种, 原则上均可为 BCI体系提供输入信号, 这些方法中包罗 EEG、 ECoG、 单个神经元记载(Spikes)。
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▲(a) 脑机接口所使用的电生理信号的记载位置;(b) 三种差别的检测大脑电运动方式:EEG、 ECoG和皮层内记载脑信号中通常包罗有多种噪声, 比方与要求的用户生理运动无关的神经信号、 工频干扰、 眼电和肌电伪迹等, 这在肯定程度上低沉了信号的质量, 为此须要对脑信号举行预处置惩罚以剔除伪迹并进步信噪比。差别的脑信号有差别的预处置惩罚方法, 重要偶尔域滤波和空域滤波, 在肯定程度上可以去除信号的噪声,从而进步信噪比或改善空间分辨率。对于空间分辨率, 也可以采取溯源分析方法来改善。
根据详细的通讯或控制应用要求, 控制接口把上述解码的用户意图所表征的逻辑控制信号转换为语义控制信号, 并由语义控制信号转化为物理控制信号。
与脑机接口通讯或可控制的外部装备可以是多种多样的, 视详细的应用而差别, 可以是盘算机体系(操纵其字符输入/光标移动等) , 也可以是呆板体系(如全愈呆板人、 神经假肢和轮椅等) 。
神经反馈是脑机接口的告急构成部门, 是实现双向脑机交互的关键技能,其应用了条件反射和人脑可塑性通过神经反馈可以把用户的脑运动特性、 解码结果以及与外设通讯或控制的结果以视觉、 听觉或触觉等方式可视化地反馈给用户, 以调解用户的生理运动, 从而调治用户的脑信号, 终极提升脑机交互的性能。
随着脑机接口技能的发展, 其分类方法也在厘革, 差别的研究组或差别的研究职员以及差别的分类依据会得到差别的分类结果, 现在尚未有完全同一的分类标准和结果。一种分类方法可以根据脑信号收罗的方式, 可分为侵入式和非侵入式脑机接口, 也可以根据脑机接口范式/感觉刺激/采取的信号举行分类,可分为单一范式/单一感觉刺激/单一脑信号的脑机接口和肴杂脑机接口。
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▲脑机接口分类体现图 侵入式脑机接口须要采取神经外科手术方法将收罗电极植入大脑皮层、 硬脑膜外或硬脑膜下, 如图3 中的皮层内记载和皮层外貌记载( ECoG) 。根据是否植入皮层内或创伤的程度, 可分为完全植入式脑机接口( 创伤性较大的皮层内记载脑机接口) 和微创脑机接口( 基于 ECoG 的脑机接口) 。侵入式脑机接口的电极长期稳固放置, 直接记载神经元电运动, 信号衰减小, 信噪比和空间分辨率高。
但这属有创伤植入, 技能难度大, 存在继发感染大概性, 一旦发生颅脑感染、 电极故障或电极寿命竣事, 需将电极取出, 会造成二次损伤。微创脑机接口大概比皮层内记载脑机接口更易实用化, 但总的来说, 侵入式脑机接口有待深入研究, 突破相干技能瓶颈, 具有告急的科学研究代价和匿伏的应用远景。
非侵入脑机接口通过附着在头皮上的穿着装备( 如脑电帽、 近红外头盔或磁共振头线圈等) 丈量大脑的电运动或代谢运动, 无需手术, 安全无创。此中脑电帽是最常用的非侵入式传感器, 可以在头皮上监测到群体神经元的放电运动,时间分辨率高, 但空间分辨率低, 且受大脑容积导体效应的影响, 转达至头皮外貌时衰减较大, 易被噪声污染, 信噪比低。
除了最常用的重新皮收罗脑电信号, 现今用于非侵入式脑机接口体系的脑信号收罗方法另有以下几种:功能近红外光谱(fNIRS)、 功能性磁共振成像(fMRI)、 脑磁 (MEG)等。
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▲差别脑信号收罗技能的分辨率脑机接口技能的功效可以归结为如下 5 类:监测(使用脑机接口体系监测部门人体意识状态) 、 替换(脑机接口体系的输出可以代替由于损伤或疾病而丧失的天然输出) 、 改善/规复(重要针对全愈范畴, 改善某种疾病的症状或规复某种功能) 、 增强(重要是针对康健人而言, 实现性能的提升和扩展) 、 增补(重要针对控制范畴, 增长脑控方式, 作为传统单一控制方法的增补, 实现多模态控制)
围绕上述 5 大功效, 脑机接口技能的应用方向重要有医疗康健、 娱乐、 智能家居、 军事等。
医疗康健范畴是脑机接口最初、 最直接和最重要的应用范畴, 也是现在最靠近商业化的应用范畴。医疗康健范畴的应用案例(研发和产物) 重要会合在“监测”、 “改善/规复”、 “替换”、 和“增强”4 大功效上, 这些重要是以输出为主的狭义 BCI 的功效。
脑机接口在娱乐范畴的应用重要会合在“增补”方向。比方, 脑机接口为游戏玩家提供了独立于传统游戏控制方式之外的新的操纵维度, 可以用意念来控制捏造实际(virtual reality, VR) 界面的菜单导航和选项控制, 极大的丰富了游戏内在并提升了游戏体验。
脑机接口在智能家居范畴的应用重要会合在“增补”方向。智能家居是脑机接口与物联网(Internet of things, IoT) 跨范畴团结的一大想象空间。比方, 在这一应用方向, 脑机接口可类似于“遥控器”, 资助人们用意念控制开关灯、 开关门和开关窗帘等, 进一步可以控制家庭服务呆板人。
脑机接口在军事范畴的应用重要会合在“替换”和“增强”方向。脑机接口体系可以资助操控各类无人装备, 代替人类兵士深入伤害地域或高危场合执使用命,脑控武器是军事武器自动化和智能化的一个告急发展方向。使用脑控和手控相团结, 发挥士兵个体控制的最大潜能, 是武器研制和使用的智能化目标。

02.医疗康健范畴应用场景
由于脑机接口技能可以直接实现大脑与外部装备的交互, 凌驾通例的大脑信息输出通路, 因此在医疗康健范畴有广阔的应用远景。同时, 随着当代医学对大脑结构和功能的不停探索, 人类已经对运动、 视觉、 听觉、 语言等大脑功能区有了较为深入的研究, 那么通过脑机接口装备获取这些大脑地区的信息并分析, 在神经、 精神体系疾病的体检诊断、 筛查监护、 治疗与全愈范畴拥有广泛的应用。该范畴是现在脑机接口最大的市场应用范畴, 也是增长最快的范畴。
1、肢体运动停滞

现在, 中国残疾人总数约为 8502 万人(2010 年末数据) , 此中肢体残疾2472 万人, 约占比 29%, 是 6 种残疾种别人数最多的群体, 因此关于肢体残疾的治疗全愈就显得尤其告急。导致肢体运动停滞的疾病很多, 脑出血、 脑外伤、脑卒中等疾病都可导致患侧脑区对应的肢体控制出现停滞。
脑卒中等疾病造成的运动功能停滞是最常见的功能停滞之一, 现阶段通例的治疗技能, 包罗通例的伎俩治疗, 电子生物反馈等均会合于患者的外周治疗, 而现在对患者大脑的直接干预的治疗方法较少, 对于严肃损伤的患者治疗周期较长, 治疗结果较弱。另一类, 运动神经元受损导致的肌萎缩侧索硬化症(渐冻症) 也可导致患者肌肉萎缩无力导致严肃的运动停滞。别的, 脊髓损伤等也会影响患者的肢体运动。脑机接口技能在肢体运动停滞诊疗的目标是通过该技能的辅助治疗, 使患者改善当前状态, 进步生存质量。
详细来说, 脑机接口技能在肢体运动停滞诊疗的应用方式重要有两种:一种是辅助性脑机接口, 指通过脑机接口装备获取患者的运动意图, 实现对假肢或外骨骼等外部装备的控制。
第二种是全愈性脑机接口, 由于中枢神经体系具备可塑性, 颠末脑机接口装备直接作用于大脑举行重复性反馈剌激, 可以增强神经元突触之间的接洽,实现修复。以脑卒中患者为例, BCI 已经被证明可以诱导脑卒中患者大脑的神经可塑性, 这与传统全愈治疗过程中遵照的原则相似, 通过 BCI 治疗可以或许重组脑卒中患者的大脑毗连, 增强神经元的功能性召募以及促进残存神经通路的重塑, 从而调治患者的大脑运动。
2、 意识与认知停滞诊疗

在意识停滞方面, 每年我国有近 10 万患者因颅脑外伤、 脑卒中、 缺血缺氧性脑病等病陷入昏倒, 继而进入长期的意识停滞状态, 即传统意义上的“ 植物人” 状态, 长期治疗给家庭和社会都带来了巨大的压力。随着临床救治本领的进步, 神经急危重症患者殒命率显着降落, 但意识停滞患者数目不停增多。我国守旧估计有 50-100 万此类患者, 现在缺乏综合体系规范的治疗方式, 尽快加快与进步意识停滞患者的功能规复成为亟待办理的临床标题之一。
通过脑机接口装备获取并分析患者的脑电信号, 可以把握患者的意识状态,实现意识停滞诊断与评定、 预后判断, 以致与意识停滞患者实现交换。常采取P300 范式, 详细来说, 通常采取患者自己的名字、 照片等信息, 通过声音、 图像、 触觉等作为靶刺激, 以小概率出现, 其他无关刺激以高概率随机出现, 脑机接口装备获取患者受到靶刺激后的脑电信号, 分析患者状态, 部门患者大概对靶刺激有特异性反应, 这种“脑电交换” 有助于医生辨别患者是否有唤醒全愈的大概, 有针对性的采取治疗步伐。
3、 精神疾病诊疗

精神疾病, 2019 年龄据体现, 我国烦闷症抱病率到达 2.1%, 焦虑停滞抱病率为 4.98%, 烦闷症和焦虑症的抱病率靠近 7%, 很多特定人群对于生理康健及精神卫生的改善有着急迫的需求。以烦闷症患者为例, 高达 30%的人属于难治性烦闷症,传统的药物治疗、 物理治疗以及认知运动治疗方法, 在这类患者身上的结果难以让人满足。脑机接口研究的进步, 能大大进步很多疑难的精神疾病(如欺压症、 烦闷症、 精神分裂症等) 的研究和诊疗程度。
详细来说, 相比于其他生理信号, 脑电信号可以提供更多深入、 真实的感情信息。通过学习算法, 提取脑电信号特性, 可以实现多种感情(诸如愉悦、伤心、 清静、 愤怒、 畏惧、 惊讶、 气愤等) 的辨别分析。因此, 基于脑电信号的感情辨认研究可用于辅助烦闷症、 焦虑症等精神类疾病发病机制的研究和治疗。别的, 在精神疾病全愈治疗方面, 基于脑机接口的神经反馈练习可在烦闷症、 焦虑症等治疗中发挥积极作用。固然神经反馈早于脑机接口出现, 但本质上是脑机接口最早的应用之一。
由于脑机接口技能在该范畴的巨大潜力, 很多科研机构和科技公司都在开展相干研究, 比方 Neuralink 也正在探索通过该技能办理精神分裂症和影象力丧失等相干精神疾病。Alphabet 实行性研发实行室 的 Amber 项目旨在通过脑机接口装备获取并分析脑电波, 开辟针对烦闷和焦虑的客观丈量方法, 资助医疗保健专业职员更轻易和客观地诊断烦闷症。
在我国, 2020 年 12 月 11 日, 上海瑞金医院创建脑机接口及神经调控中央, 同时启动中央的第一个临床脑机接口研究项目“难治性烦闷症脑机接口神经调控治疗临床研究” , 通过多模态感情脑机接口和脑深部电刺激方法治疗难治性烦闷症, 改变传统药物治疗由于药物分布在满身, 很难会合到脑内的近况。
别的, 国家生理康健和精神卫生防治中央也筹划发起“基于 5G 通讯网络的国家生理康健和精神卫生服务管理体系构建及应用试点项目” , 此中提到, 筹划搭建覆盖国家中央、 试点地域中央医院及地区医院的高采样率神经生理信号的高精度收罗、 大容量数据传输、 精准辨别平台, 创建基于中国人群的收罗标准、 范式和指标标准和大数据库。
4、感觉缺陷诊疗

在感觉缺陷诊疗中,人类具备听觉、 视觉、 触觉等多种感觉器官, 经低级加工后传至大脑皮层的相应功能区, 比方当代医学已经探明颞叶负责声学的加工, 枕叶负责视觉的加工, 额叶即包罗了体触觉的加工, 也负责高级认知功能。天下上有较大比例人群存在天赋或后天导致的感觉缺陷, 以我国为例, 我国视觉停滞群体快要 1800万, 占天下总数的 1/5, 同时我国也是天下上听力残疾人数最多的国家, 有听力残疾人数达 2780 万人。因此, 对这一巨大人群的治疗和关注刻不容缓。
脑机接口技能可以使患者自身的感觉信息被脑机接口装备解码, 实现感觉规复, 现在该项技能已经在听觉、 视觉、 触觉等感觉缺陷诊疗中发挥积极作用,未来可期。
5、 癫痫和神经发育停滞诊疗

癫痫与皮层神经发育缺陷关系非常密切, 据国际抗癫痫运动观察数据体现,中国癫痫抱病率为 7%, 运动性癫痫抱病率为 4.6%, 别的我国癫痫的治疗缺口较大, 约为 63%, 据此估算我国现在现有癫痫患者约为 900 多万人, 此中运动性癫痫患者为 640 多万人。癫痫范畴是脑机接口体系最早应用的范畴, 其发作具有范例的电生理非常, 呈近况态性特点, 癫痫的诊断中, 脑电不停是临床诊断的金标准。
随着收罗装备与方法等技能的突破, 对脑功能和疾病的研究越发深入, 脑机接口在癫痫范畴已经有很多相对成熟的应用。癫痫的诊疗中, 通过脑电输出和判断大脑的功能和疾病的信号, 通过对颅内电极的电刺激输出“指令” , 以诱发患者功能区的相应, 通过手术切除、 热凝、 激光损毁等技能实现改变和治疗大脑的癫痫网络, 已经在临床成熟应用。

03.脑机接口技能的发展与寻衅
比年来, 在我国, 随着“中国脑筹划” 政策的公布和推广, 我国掀起了一股研究脑、 使用脑、 增强脑的脑科学研究的高潮。在政策层面, 如第 2 章节所先容, 脑科学和类脑科学已被列为国家战略科技力气。脑机接口技能越来越受到国家层面的关注与支持。脑机融合智能技能是中国脑筹划中的一个告急的研究和产业化方向, 是保障中国脑筹划顺遂实行并实现预定目标的关键技能保障。北京、 上海、 杭州等都会也推出相应鼓励步伐和扶持政策, 支持脑机接口企业在当地生根发芽。
社会环境方面, 我国神经体系疾病人群数目巨大。比方脑性瘫痪发病率为 1.84%, 老年脑病患者占老年生齿总数的 10%。对这类数目巨大人群的治疗和改善是医学界急迫需求, 而脑机接口技能正在这一范畴发挥不可替换的作用。脑机接口体系在医疗诊断、 医疗全愈范畴有明显的应用代价, 其在脑疾病诊断、 残疾人全愈辅助、 义肢控制、 中风全愈、 视神经修复等方面已有应用实例。
随着信息技能的发展和人民生存程度的提升, 在当今生存中, 信息智能化、呆板自动化、 人机融合化的趋势越来越显着。脑机接口技能在当代智能生存和教诲娱乐的应用需求与日剧增。以教诲为例, 教诲产业现在是我国最告急、 规模最大的产业之一。根据德勤的数据体现, 2015 年, 我国教诲行业市场规模为1.6 亿元, 在 2020 年上升至 2.9 万亿元。此中 5%左右的市场是属于教诲辅助、风俗造就、 个性养成等范畴。脑机警能体系在教诲学习方面的产业规模约占教诲总产业规模的 1%到达约 290 亿元的市场规模。
别的, 随着国防信息化、 国防智能化创建目标的提出, 脑机接口技能在脑控武器、 脑控外骨骼、 动物侦察兵方面的研究也在睁开, 可以或许起到进步武器控礼服从、 提升单兵作战本领等作用。
比年来, 脑机接口研究机构和企业数目也在快速增长。从专利角度看, 停止 2020 年, 在环球范围内共检索到脑机接口相干专利两千余件。从专利申请泉源国家看, 相干专利申请量排名前 4 位的国家分别是中国、 美国、 韩国、 德国。中国和美国申请人的相干专利申请量分别占该范畴环球专利申请总量的 39.4%和 34.7%。
随着关注度的步步升温, 脑机接口技能也渐渐走进各人的视野。现在, 脑机接口产业近况有如下三大特点:
1、 科研院所为主, 侧重非侵入式脑机接口研究

脑机接口技能涉及多学科交织融合, 现在研究者以科研院所和高校为主, 国表里很多着名大学都已经开展了脑机接口方向的前瞻性研究, 并取得了丰硕的研究结果。因受到技能、 伦理等多重限定, 侵入式脑机接口范畴的研究投入小于非侵入式脑机接口, 研究机构和企业数目远少于非侵入式脑机接口。
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脑机接口破圈医疗!对五种疾病或有奇效,难怪马斯克吹爆[附下载]|智东西内参

▲ 脑机接口技能国表里重要研究机构2、 市场潜力大, 已成为新投资热门, 未来发展可期

从公司的角度, 因其研发资本高、 专业人才缺乏、 红利模式不明等诸多缘故原由, 相比别的人工智能产物, 涉足这一范畴相对较少。近两年来, 随着脑科学和类脑科学、 人工智能技能的不停进步, 脑机接口也受到了更多的瞩目, 岂论是2019年Facebook筹划以约10亿美元收购脑机接口创企CTRL-Labs, 还是2020年 8 月份 Elon Musk 旗下的脑机接口初创企业 Neuralink 高调举行发布运动公开最新研究结果, 都使得脑机接口从实行室被推向了公众视野, 并成为当下投资热门。在国内, 脑机接口范畴专业技能企业博睿康科技日前也完成了过亿元 B轮融资。阿里达摩院发布《2021 十大科技趋势》 推测指出脑机接口将迎来巨大盼望, 脑机接口资助人类逾越生物学极限。
QYResearch 的数据体现, 2019 年环球脑机接口市场规模已经到达了 12 亿元, 预计 2026 年将到达 27 亿元, 年复合增长率为 12.4%, 此中北美地域是环球最大市场, 占总市场份额凌驾 6 成。团结市场研究公司( Allied MarketResearch) 的数据同样体现, 2020 年脑机接口的市场规模到达 14.6 亿美元;如果从脑机接口可影响到的应用范畴来看, 岂论是医疗、 教诲还是斲丧, 都将带来远超于十几亿美金的巨额市场空间。
国内对于脑机接口的研发处于初期阶段, 无论是技能还是市场起步都比国外要晚。现在企业重要会合在医疗范畴, 非医疗范畴的应用场景重要包罗教诲和智能家居。
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▲脑机接口重要芯片厂商
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▲脑机接口技能在医疗康健范畴的重要应用产物3、 产物认证和羁系尚处于低级阶段, 临床应用有限

脑机接口技能在医疗应用中, 也涌现了一批良好的科研结果, 而科研结果产物化得到临床应用是发展的终极目标。作为新型人工智能医疗东西, 通过国家相干机构的审评认证是不可或缺的。
作为新型产业, 医疗人工智能发达发展, 在保障医疗东西安全性、 功能性的同时, 各国不停在不停美满相干政策, 以推动人工智能在医疗行业的快速落地与应用。2017 年, 美国食品药品管理局(FDA) 发布数字康健创新办法筹划(Digital Health Innovation Action Plan) , 对医疗东西软件提出新的审批标准,以制止传统繁琐的稽核流程。FDA 于 2018 年 12 月 18 日正式发布了《突破性东西项目指南》 (Breakthrough Devices Program, BDP) , 鼓励治疗或诊断危害生命或不可逆朽迈疾病的医疗东西快速上市。
2019 年 2 月 22 日, FDA 发布了一项针对脑机接口技能的指南草案, 重要包罗关于该技能的非临床试验和临床应用细节的发起。该引导文件草案提供用于瘫痪或截肢患者的脑机接口装置的Q-Submissions 和试验装置宽免(IDEs)。我国国家药监局开辟“创新医疗东西绿色通道” , 并颁布多项步伐, 创建人工智能医疗东西创新相助平台, 以增强羁系, 加快审批流程, 不停美满行业标准, 加快人工智能医疗产物的上市进度。
作为新型产业, 医疗人工智能发达发展, 在保障医疗东西安全性、 功能性的同时, 各国不停在不停美满相干政策, 以推动人工智能在医疗行业的快速落地与应用。2017 年, 美国食品药品管理局(FDA) 发布数字康健创新办法筹划 , 对医疗东西软件提出新的审批标准,以制止传统繁琐的稽核流程。FDA 于 2018 年 12 月 18 日正式发布了《突破性东西项目指南》 (Breakthrough Devices Program, BDP) , 鼓励治疗或诊断危害生命或不可逆朽迈疾病的医疗东西快速上市。
2019 年 2 月 22 日, FDA 发布了一项针对脑机接口技能的指南草案, 重要包罗关于该技能的非临床试验和临床应用细节的发起。该引导文件草案提供用于瘫痪或截肢患者的脑机接口装置的Q-Submissions 和试验装置宽免(IDEs)。我国国家药监局开辟“创新医疗东西绿色通道” , 并颁布多项步伐, 创建人工智能医疗东西创新相助平台, 以增强羁系, 加快审批流程, 不停美满行业标准, 加快人工智能医疗产物的上市进度。手腕和手部功能的新型装备。2021年3月, NeuroPace, Inc.公布该公司已得到 FDA授予的突破性装备指(Breakthrough Device Designation) , 可用于治疗特发性满身性癫痫 (IGE)。别的 Neuralink 已得到 FDA 的“Breakthrough DevicesProgram(突破性装备筹划) ” 认证, 即将在人类身上举行植入实行, 未来产物可治疗重度烦闷、 阿尔茨海默病等疾病。
在我国, 天津大学神经工程团队计划的新型卒中人工神经全愈呆板人体系“神工一号” 、 “神工二号” 通过国家食品药品监视管理局检测, 此中的脑电图仪得到医疗东西注册证, 该产物在天津市人民医院、 天津市第一中央医院、山东省烟台市医院等多家三甲医院临床测试乐成, 受益患者三千余例, 有力推动了新兴的脑—机交互技能在临床全愈工程范畴的发展与应用。别的, 博睿康科技也取得包罗高频高导联数字脑电图机、 医用变乱相干电位仪在内的脑机接口相干产物的医疗东西注册证。但是还缺乏类似 IpsiHand 这种真正意义上的得到允许的脑机接口装备。
从产物的成熟度来看, 脑机接口技能处于低级阶段, 未来尚需更加美满的制度和标准来规范产物上市历程, 对产物的安全性、 有用性举行公道全面的认证。
智东西以为, 固然脑机接口的概念已经火爆了一段时间,但作为一种新兴的、复杂的、 涉及多学科的通讯技能, 脑机接口技能的发展还很不美满, 存在的标题还很多。但是,脑机接口也是是中国最有大概奋起直追以致“直线超车”的范畴之一。因此,对于中国来说,推进脑机接口未来的发展,重要还是加快推进资源调配等标题,各环节协同相助,研制出全链条自主可控的脑机接口体系,为中国“脑筹划”的全面开展温顺遂推进提供办理方案。





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