在"⼤脑与机器"这⼀跨学科领域,通信⼯程的最新进展凸显了神经架构对⼯程进展的影响。这促使⼈们开始探索脑启发计算技术,尤其是⽣物识别(BCI)技 术。这些系统促进了活体⼤脑与外部机器之间的双向通信,能够读取⼤脑信号并将其转换为任务指令。此外,闭环BCI 还能以适当的信号刺激⼤脑。该领域的研 究涉及多个学科,包括电⼦学、光⼦学、材料科学、⽣物兼容材料、信号处理和通信⼯程。低维材料(尤其是⽯墨烯等⼆维材料)的特性进⼀步增强了脑启发电 ⼦学的吸引⼒,这些特性是未来类脑计算设备的基础。在⽣物识别(BCI)领域,通信⼯程在促进⼈脑与计算系统在数字通信、物联⽹、新兴技术、空间和IoX 设 备融合等不同领域进⾏⽆缝信息交换⽅⾯发挥着⾄关重要的作⽤。光⼦学和光⼦集成电路(PIC)是这⼀多学科研究中不可或缺的⼀部分,可为⽣物识别(BCI) 提供⾼速、节能的通信和⼀系列优势,包括⾼速数据传输、低功耗、微型化、并⾏处理和光刺激。这些特性使光⼦学成为⼀项前景⼴阔的技术,可推动脑机接⼝ 的发展,并在神经科学和神经⼯程领域实现新的应⽤。
脑机接口( brain-computer interface , BCI )是在大脑与外部设备之间建立直 接交互的通信和控制通道。行业起步最早可追溯至 1924 年,经历了前期 的理论探索期、科学论证期,目前已进入成果落地时期。脑机接口最早在 20 世纪未提出,目的是帮助残疾人重新行走或支配上肢,技术发展至今已 更能应用于正常人的生活和生产。随着脑机接口、人工智能、生物医学工 程、神经工程与康复工程、认知神经科学与心理科学等的发展, BCI 的内 涵和外延在不断丰富。近年来,脑机接口技术在医疗领域不断取得新成果, 尤其在临床康复领域,目前以脑功能评估为目的的脑机交互检测,以解码 交流与设备控制为目的的脑机接口应用,以功能重塑康复为目的的脑机训 练反馈等领域的探索及应用越来越深入。随着技术的应用领域不断拓宽, 未来将逐步应用于游戏娱乐、学习教育、智能家居和军事领域。
https://www.mos.gov.cn/kjbgz/202402402_,1898,hhtml)https://www.mos.gov.cn/kjbgz/202402402_,1898,hhtml)
脑机接口作为大脑和外部设备信息交互的渠 道 , 是前沿脑科学和重要脑疾病诊治的底层核心 工具 . 脑机接口是生物技术和信息技术交叉融合 的颠覆性技术 , 其技术研发和落地应用是一个复 杂的系统工程 , 包括神经电极、芯片、算法、通讯、 植入等核心器件和关键技术 , 涵盖微电子、神经 科学、材料学、计算机科学、临床医学、伦理学 等多学科交叉 . 因此 , SCIENCE CHINA Informa-
[9] 刘洋 , 刘东远 , 张耀 , 等 .面向脑机接口应用的便携式 fNIRS 拓 扑成像系统:全并行检测与初步范式实验 [J].中国激光 , 2021, 48 (11): 1107001.Liu Y, Liu D Y, Zhang Y, et al.A portable fNIRS - topography system for BCI applications: full parallel detection and pilot paradigm validation[J].Chinese Journal of Lasers, 2021, 48(11): 1107001.
回归因子预处理的信号中分别提取了常用的 fNIRS 特征 , 并比较了它们的质量 。 结果表明 , 基于 GLM 的方法能够对大脑活动提供更好的单次实验评估 ,
① 参见王行愚 、 金晶 、 张宇等 :《 脑控 : 基于脑 — 机接口的人机融合控制 》, 载 《 自动化学报 》2013 年第 3 期 , 第 208-221 页 。