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腦機接口關鍵技術:采集技術、刺激技術、范式編碼技術等

來源:中國信息通信研究院     編輯:創澤   時間:2022/12/21   主題:其他 [加盟]

腦機接口作為新興技術,為大腦與外部直接交互提供了新的解決 思路,在新一輪的技術升級中被給予厚望。

腦機接口關鍵技術包括采集技術、刺激技術、范式編碼技術、解碼算法技術、外設技術和系統化技術。其中,采集技術研發重點包括 采集端和信號處理端。采集端常規技術手段包括電采集、磁采集、近 紅外采集等手段,其中電采集為主流研發方向,磁和近紅外等采集技 術因為成本和技術成熟度等制約,距離應用落地相對更遠。信號處理 端涉及模擬芯片和數字芯片。由于當前腦機接口系統所用的數字芯片多為行業通用芯片,所以重點介紹模擬芯片的發展。刺激技術重點介紹腦深部電極刺激(Deep Brain Stimulation, DBS)閉環控制的進展, 以及腦機接口技術在助盲領域的最新進展。范式編碼和解碼算法技術 介紹了當前主流研究進展。由于外控技術和系統化技術的創新多在于 工程集成,因此不在此介紹。

腦機接口技術的應用場景按照信息流向分為腦狀態檢測、神經調控和對外交互三類。從信息流向來看,腦狀態檢測是信息從大腦流向 外部和外設,神經調控則是信息從外部和外設流向大腦,而對外交互則是信息的雙向流動,因此重點圍繞信息的利用、交互和反饋來介紹 腦機接口系統在不同場景下的典型應用以及系統在各方面性能上的 需求





非植入式主流解碼技術:分解算法

黎曼幾何算法通常可以用于對稱正定(SPD)矩陣的空間上應用 運算,進而提供一個統一的框架來處理不同的腦機接口范式,黎曼框架由于具有擴展性

植入式主流解碼技術-卡爾曼濾波器

類腦解碼器成為新一代解碼方法,得到類腦的解碼器可用于腦機接口控制,腦機接口系統在使用過程中,閉環控制的練習可以導致神經元為適應用戶的運動系統而發生變化

范式編碼技術-被動式范式

穩態視覺誘發電位(Steady-state visual evoked potentials,SSVEP)刺激范式朝向更高效,更舒適和更自然發展,應用在高速率腦機接口打字交互系統

范式編碼技術-.主動式范式(Motor Imagery, MI)

MRCP 和運動想象是不依賴于外部刺激的,由人體真實運動意圖誘發的主動式腦機接口范式,相較于運動想象,MRCP不依賴于重復的運動想象

腦機接口系統的關鍵指標:性能指標 可用性指標

性能和可用性兩方面提出滿足五大需求的腦機接口系統關鍵指標,性能指標包括響應時間,識別正確率,可輸出指令數量和菲茨吞吐量,可用性指標包括易用性,長效性,魯棒性,安全性和互操作性

中國信通院《腦機接口總體愿景與關鍵技術研究報告》

從性能指標與可用性指標兩個方面有效衡量腦機接口系統是否滿足五大需求;腦機接口的實現也離不開核心關鍵技術的支撐,腦狀態檢測神經調控和對外交互技術等

情感計算白皮書2022:描繪了情感計算的學科全景

對指導學科建設和重大科研基金立項具有導向作用;有助于引導廣大科技工作者面向經濟主戰場和重大實際需求開展科研攻關,促進相關從業人員對技術全景加深理解和認知

中國電子技術標準化研究院:腦機接口標準化白皮書(2021版)

闡述了腦機接口技術的基本概念,分類,相關理論與技術和全球產業情況,梳理了國際相關標準化組織,進一步推動腦機接口標準化工作,支撐類腦智能產業又好又快發展

中國人工智能產業發展聯盟發布《腦機接口技術在醫療健康領域應用白皮書》

腦機接口是腦科學和類腦智能研究的重要方向,腦機接口技術進入了快速發展階段,在信號獲取和處理,解碼算法和系統實現等關鍵技術領域取得了很多突破性進展

混合腦機接口控制機械臂

一種機器人末端執行器位置控制的新方法,即合理地控制手臂各位置的連桿。用戶可以自由的選擇要控制的連桿

腦機融合技術或許會成為未來人工智能的一個熱門方向

腦機融合技術,就是通過芯片和傳感器,用大腦控制各種設備能治療大腦損傷和缺陷,還能大大增強人類的認知與行為能力。
資料獲取
腦機接口
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