23、探索脑-机接口技术的前沿与应用

探索脑-机接口技术的前沿与应用

1. 引言

脑-机接口（Brain-Computer Interface, BCI）技术是近年来迅速发展的交叉学科领域，它通过直接连接大脑和外部设备，实现了大脑与计算机或其他机器之间的双向信息传递。这项技术不仅有望帮助残疾人恢复运动功能，还可能在未来改变人类与技术的交互方式。本文将详细介绍BCI技术的基本原理、发展历程、关键技术以及未来应用前景。

2. BCI技术的基本原理

BCI系统的核心在于如何有效地捕捉大脑的电信号并将其转换为可操作的指令。目前，BCI系统主要分为两类：侵入式和非侵入式。侵入式BCI通过在大脑皮层植入微电极阵列来直接记录神经元的活动，而非侵入式BCI则利用头皮上的电极（如EEG）来记录大脑产生的电信号。

2.1 侵入式BCI

侵入式BCI的主要优势在于其高空间分辨率和高信噪比，可以精确地捕捉到单个神经元的动作电位。这类系统通常用于研究和临床应用，如帮助瘫痪患者恢复运动功能。常见的侵入式BCI系统包括：

• 微电极阵列 ：由多个微电极组成，可以同时记录多个神经元的活动。
• 皮层脑电图（ECoG） ：通过在大脑皮层表面放置电极网格来记录局部场电位（LFPs）。

2.2 非侵入式BCI

非侵入式BCI的优势在于其无创性和安全性，适用于广泛的用户群体。然而，由于头皮和颅骨的阻隔，其空间分辨率较低，信号质量也较差。常用的非侵入式BCI技术包括：

• 脑电图（E