西安交通大学：《康复工程导论》研究生课程教学课件（PPT讲稿）05 脑-机接口与虚拟现实

西安文通大学ENgINEERSforLIFEXI'ANHAOTONGUNIVERSITY脑卒中病人主动康复训练一名急性脑卒中病人术后一个月，目前状态是右侧上肢及手功能丧失，根据该病人的情况，基于本节课所讲述的知识点，设计一套上肢及手功能主动康复训练系统。要求：尽可能多的应用本节课讲到的技术，合理组合。tDCS，TMS，TIs运动相关脑电可以激活镜像M神经元，但是稳定性差；视LL特征提取觉诱发脑电稳定性高，但是主要激活视觉区域，因此设分类计通过任务式图片频闪完成激活镜像神经元的主动康复驱动控制训练，建立体外神经环路。FES

运动相关脑电可以激活镜像 神经元，但是稳定性差；视 觉诱发脑电稳定性高，但是 主要激活视觉区域，因此设 计通过任务式图片频闪完成 激活镜像神经元的主动康复 训练，建立体外神经环路。 脑卒中病人主动康复训练 一名急性脑卒中病人术后一个月，目前状态是右侧上肢及手功能丧失，根据该病人的情况， 基于本节课所讲述的知识点，设计一套上肢及手功能主动康复训练系统。 要求：尽可能多的应用本节课讲到的技术，合理组合。 tDCS，TMS，TIs FES

西安文通大学XI'ANJIAOTONOUNIVERSITENgINEERSforLIFE学习目标M掌握脑机接口、神经接口有关的概念与设计方法；掌握基本的分类方法；掌握虚拟现实设计的技术难点和实现的基本要求；掌握虚拟现实技术的设计思想和工作原理，学会做临床需求分析，并用虚拟现实技术，解决康复诊疗需求的软件设计方法

学习目标 ➢ 掌握脑机接口、神经接口有关的概念与设计方法； ➢ 掌握基本的分类方法； ➢ 掌握虚拟现实设计的技术难点和实现的基本要求； ➢ 掌握虚拟现实技术的设计思想和工作原理，学会做临床需求分 析，并用虚拟现实技术，解决康复诊疗需求的软件设计方法

西安文通大学XI'ANHAOTONG UNIVERSITYENgINEERSforLIFEprutestsiniranTheBue-staebrpd:nerighthEconomisttacatishesoshostalutunThewintfwentairporhThe nextfrontierWhen.thoughtscontrolmachines2019年一月份的《经济学人》封面文章以The解码人类思维活动过程中的脑神经活动信息，nextfrontier定义了脑构建大脑与外部世界的直接信息传输通路机接口技术

2019年一月份的《经济 学人》封面文章以The next frontier 定义了脑 机接口技术。 解码人类思维活动过程中的脑神经活动信息， 构建大脑与外部世界的直接信息传输通路

西安交通大学XI'ANHAOTONGUNIVERSIT押经薪码损型美国国防部高级研究计划局（DARPA）提出神经解码机械手神经科学研究的下一个前沿领域：让身体健神经信号（ECOG）记录仪全的士兵拥有超能力的技术。神经信号采集2017年公布了一项代号为N3的脑机接口开发项目。开发高分辨率的便携式神经接口能够同时读取和写入人脑的多个位置，在非示意图手术的情况下实现大脑和系统间的通信。匹配让士兵可以用脑电波操纵复杂的外界设备，比如无人机和无人火炮，以及实现对增强设手势测试备的控制，比如外骨骼战甲

• 美国国防部高级研究计划局（DARPA）提出 神经科学研究的下一个前沿领域：让身体健 全的士兵拥有超能力的技术。 • 2017年公布了一项代号为N3的脑机接口开 发项目。开发高分辨率的便携式神经接口， 能够同时读取和写入人脑的多个位置，在非 手术的情况下实现大脑和系统间的通信。 • 让士兵可以用脑电波操纵复杂的外界设备， 比如无人机和无人火炮，以及实现对增强设 备的控制，比如外骨骼战甲

西安文通大学ENgINEERSforLIFEXI'ANHAOTONGUNIVERSITI存在问题脑（Brain）：人类对脑科学探索还处于婴儿期，如何在脑科学认知限制条件下研发BCI？机（Computer）：带宽瓶颈一一如何小儿巧地容纳大量信息？接口（Interface）：如何解决生物相容性问题？人的免疫系统排斥本体之外的”入侵”物体，如何让BCI融入有机体？脑机接口（BCI）：伦理问题一一试验阶段，如果开颅，可以做大量生物实验吗？推广阶段，如果读心实现，隐私何在？

脑（Brain）：人类对脑科学探索还处于婴儿期，如何在脑科学认知 限制条件下研发BCI？ 机（Computer）：带宽瓶颈——如何小儿巧地容纳大量信息？ 接口（Interface）：如何解决生物相容性问题？人的免疫系统排斥 本体之外的”入侵”物体，如何让BCI融入有机体？ 脑机接口（BCI）：伦理问题——试验阶段，如果开颅，可以做大量 生物实验吗？推广阶段，如果读心实现，隐私何在？ 存在问题

西安文通大学XIAN HAOTONG UNIVERSITYENgINEERSforLIFE第一节脑-机接口的相关知识

第一节 脑-机接口的相关知识

西安文通大学ENGINEERSforLIFEXI'ANHAOTONGUNIVERSITY1-1脑-机接口是什么？·脑机接口（brain-computerinterface，简称BCI；有时也称作directneuralinterface或者brain-machineinterface），是在人或动物脑与外部设备间创建的直接连接通路。·不依赖于脑的正常输出通路(外周神经系统及肌肉组织)的脑-机(计算机或其它装置)通讯系统。一

1-1 脑-机接口是什么？ • 脑机接口（brain-computer interface，简称BCI；有时也称作 direct neural interface或者brain-machine interface），是在人 或动物脑与外部设备间创建的直接连接通路。 • 不依赖于脑的正常输出通路(外周神经系统及肌肉组织)的脑-机(计算机 或其它装置)通讯系统

西安文通大学ENgINEERSforLIFEXIANHAOTONGUNIVERSITY1-2 BCI的基本构成信号信号特征外部分类采集预处理提取设备

1-2 BCI的基本构成 信号 采集 信 号 预处理 特征 提取 分类 外部 设备

西安文通大学XI'AN HAOTONG UNIVERSITYENgINEERSforLIFE1-3大脑信息的记录方法>功能核磁共振（fMRI）>近红外线成像（fNIR）>脑磁图（MEG）>正电子发射断层成像（PET）脑电图（EEG）S

1-3 大脑信息的记录方法 ➢功能核磁共振（fMRI） ➢近红外线成像（fNIR) ➢脑磁图(MEG） ➢正电子发射断层成像（PET） ➢脑电图（EEG）

西安文通大学ENGINEERSforLIFEXIANHAOTONGUNIVERSITY1-4用于BCI的脑电信号特征提取1.基于视觉诱发电位的BCIFp1Fp2F3C3P322.基于P300信号的BCIF8F4FplNasiorT33.基于皮层慢电位的BCI01A1P3eNEatInionT5N764.基于感知运动节律的BCI01O25.基于功率能量值的BCIBack

1-4 用于BCI的脑电信号特征提取 1. 基于视觉诱发电位的BCI 2. 基于P300信号的BCI 3. 基于皮层慢电位的BCI 4. 基于感知运动节律的BCI 5. 基于功率能量值的BCI