脑机接口

脑机接口（BCI），有时被称为神经控制接口（NCI）、心-机界面（MMI）、直接神经接口（DNI）、脑机接口（BMI）是之间的直接通信路径增强或有线的大脑以及外部设备。BCI与神经调节的不同之处在于BCI 允许双向信息流。BCI通常旨在研究、绘制、协助、增强或修复人类的认知或感觉运动功能。

BCI的研究始于1970年代，是在美国国家科学基金会的资助下于加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）进行的，随后是DARPA的一项合同。在这项研究之后发表的论文也标志着脑-计算机接口表达在科学文献中的首次出现。

由于大脑的皮质可塑性，适应后，来自植入假体的信号可以像自然传感器或效应器通道一样由大脑处理。经过多年的动物实验，最早的植入神经假体的装置出现在1990年代中期。

神经假体是与神经假体有关的神经科学领域，即使用人工设备代替受损的神经系统和与脑有关的问题或感觉器官或器官本身（膀胱，diaphragm肌等）的功能。截至2010年12月，耳蜗植入物已作为神经修复设备植入全球约22万人。还有几种旨在恢复视力的神经修复装置，包括视网膜植入物。但是，xxx个神经修复设备是起搏器。

这些术语有时可以互换使用。神经修复术和BCI寻求实现相同的目标，例如恢复视力、听力、运动、交流能力甚至认知功能。两者都使用类似的实验方法和手术技术。

一些实验室已经成功地记录了来自猴子和大鼠大脑皮层的信号，以操作BCI产生运动。猴子已经浏览了屏幕上的计算机光标，并命令机械臂仅通过考虑任务并查看视觉反馈即可执行简单任务，但没有任何电机输出。2008年5月，一些著名的科学杂志和杂志刊登了一些照片，这些照片显示了匹兹堡大学医学中心的一只猴子通过思考操纵机械臂。

侵入性BCI要求进行手术，将电极植入头皮下以传递大脑信号。主要优点是提供更准确的阅读；但是，它的缺点包括手术带来的副作用。手术后，可能会形成疤痕组织，从而使脑部信号减弱。另外，根据Abdulkader等人（2015）的研究，一旦植入电极，人体可能不接受电极，这可能会导致医疗并发症。

侵入性BCI研究的目标是修复视力受损并为瘫痪者提供新功能。在神经外科手术中，侵入性BCI直接植入大脑的灰质中。因为它们位于灰质中，所以侵入性设备会产生BCI设备的最高质量的信号，但易于形成疤痕组织，导致该信号随着人体对异物的反应而变得微弱甚至不存在。在大脑中。

在视觉科学中，直接的大脑植入物已用于治疗非先天性（获得性）失明。私人研究员威廉·多贝尔（William Dobelle）是最早产生能使大脑恢复视力的科学家之一。

Dobelle的xxx个原型于1978年被植入到成年失明的人“ Jerry”中。将包含68个电极的单阵列BCI植入到Jerry的视觉皮层中，并成功地产生了磷光体，即见光的感觉。该系统包括安装在眼镜上的摄像头，用于向植入物发送信号。最初，植入物使Jerry在较低的帧率下以有限的视野看到灰色阴影。这也要求他必须连接到大型计算机，但是电子设备的缩小和速度更快的计算机使他的人造眼更加便携，现在使他能够无助地执行简单的任务。

2002年，成年后也失明的Jens Naumann成为接受Dobelle第二代植入物治疗的16位付费患者中的xxx位，这标志着BCI最早的商业用途之一。第二代设备使用了更先进的植入物，能够更好地将磷烯映射到相干视觉中。所谓的“星夜效应”就是将磷分散在整个视野中。植入植入物后，Jens立即能够使用其不完全恢复的视力在研究所的停车场附近缓慢行驶汽车。不幸的是，多贝利于2004年去世^[45]在记录他的过程和发展之前。随后，当Naumann先生和该计划中的其他患者的视力开始出现问题时，他们并没有松懈，最终他们再次失去了“视力”。Naumann在Dobelle的“ 寻找天堂：病人对人工视觉实验的描述”写下了自己在Dobelle的工作中的经历，并返回他在加拿大东南安大略的农场恢复正常活动。

专注于运动神经假体的BCI 旨在恢复瘫痪患者的运动或提供帮助他们的设备，例如与计算机或机器人手臂的接口。

研究人员在埃默里大学在亚特兰大，由菲利普·肯尼迪和罗伊Bakay的带领下，首先在所产生的足够高的质量，以模拟运动信号的人安装的大脑植入物。他们的患者约翰尼·雷（Johnny Ray，1944-2002年）在1997年发生脑干中风后患上了“ 锁定综合征 ” 。雷的植入物于1998年安装，他活了足够长的时间开始使用植入物，最终学会了控制计算机光标；他于2002年因脑动脉瘤去世。

四肢瘫痪的 马特·纳格（Matt Nagle）于2005年成为xxx个使用BCI控制人工手的人，这是Cyber​​kinetics的BrainGate芯片植入器进行的xxx为期9个月的人体试验的一部分。植入96电极的BrainGate植入物植入到Nagle的右中央中央回（用于手臂运动的运动皮层区域）中，使Nagle可以通过考虑移动他的手以及计算机光标，灯光和电视来控制机械臂。一年后，乔纳森·沃尔帕（Jonathan Wolpaw）教授获得了Altran创新基金会的奖励，该基金会开发的大脑计算机接口的电极位于头骨表面，而不是直接位于大脑中。

最近，研究小组在领导的大脑之门集团布朗大学并带动了一批匹兹堡大学医学中心，无论是在与协作美国退伍军人事务部，已经证明，在直接控制取得进一步的成功具有直接连接到四肢瘫痪患者运动皮层神经元阵列的许多自由度的机器人假肢。

研究人员已经建立了与动物体外培养中的神经细胞和整个神经网络接口的设备。除了进一步研究动物可植入设备外，在培养的神经组织上的实验还着重于建立问题解决网络，构建基本计算机和操纵机器人设备。对从半导体芯片上生长的单个神经元进行刺激和记录的技术的研究有时被称为神经电子学或神经芯片。

由杰罗姆·派恩（Jerome Pine）和迈克尔·马赫（Michael Maher）领导的加州理工学院团队宣称开发了xxx个有效的神经芯片。加州理工学院芯片可容纳16个神经元。

在2003年，由南加州大学的西奥多·伯杰（Theodore Berger）领导的团队开始研究一种神经芯片，该神经芯片的功能是充当人工或人工海马体。该神经芯片被设计为在大鼠大脑中发挥功能，并旨在作为最终开发出高大脑假体的原型。选择海马是因为它被认为是大脑中最有序和结构化的部分，也是研究最多的领域。它的功能是将存储的经验编码为大脑其他地方的长期记忆。