作者簡介
[荷蘭]尼克 F 拉姆齊,荷蘭烏得勒支大學醫學中心腦中心教授,國際著名BCI研究者。
[義大利]何塞 德爾 R 米蘭,美國得克薩斯州奧斯汀市德克薩斯大學電氣與計算機工程系和神經系教授,國際著名腦機接口研究者。
伏雲發,教授,博士生導師。博士畢業於中國科學院研究生院、中國科學院瀋陽自動化研究所機器人學國家重點實驗室。昆明理工大學腦認知與腦機智能融合創新團隊負責人。雲南省神經科學學會常務理事、中國生物醫學工程學會人工智能分會智能康復及人機工程學組委員、腦-機接口產業聯盟專家委員會資深專家。研究興趣為腦-機智能交互與融合、神經反饋及應用。
王帆,昆明理工大學信息工程與自動化學院在讀博士研究生,研究興趣為腦機接口、神經反饋和機器學習。
丁鵬,昆明理工大學信息工程與自動化學院在讀博士研究生,研究興趣為腦機接口、神經反饋和醫學大數據建模與分析。
龔安民,博士畢業於中國人民武裝警察部隊工程大學信息工程學院,現任中國人民武裝警察部隊工程大學信息工程學院副教授。研究興趣為腦-機接口與神經工程、神經信息處理、神經反饋與運動表現提升。
精彩書評
★腦-計算機接口不僅具有潛在的軍事應用和非醫學民用,也具有潛在的醫學應用。該書主要介紹了腦-計算機接口在醫學上的潛在應用,是一本非常有指導價值的專業書籍。
——高小榕
目錄
第1章 人腦功能與腦-機接口
1 1 摘要
1 2 引言
1 3 將大腦與行為聯繫起來的歷史
1 4 腦功能測量
1 4 1 電活動記錄/電信號記錄
1 4 2 腦血管記錄
1 4 3 如何比較成像技術?
1 5 功能性組織
1 5 1 運動皮層
1 5 2 體感皮層
1 5 3 視覺皮層
1 5 4 聽覺皮層
1 5 5 基於認知的腦-機接口
1 6 未來展望
參考文獻
第2章 腦-機接口:定義和原理
12 1 摘要
2 2 定義
2 2 1 腦-機接口
2 2 2 相關術語
2 2 3 適應性神經技術
2 3 關鍵問題
2 3 1 BCI創建人工中樞神經系統輸出
2 3 2 BCI操作需要兩個自適應控制器的有效交互
2 3 3 選擇信號類型和CNS區域
2 3 4 檢測和避免偽跡
2 3 5 BCI輸出命令可以選擇目標或控制過程
2 3 6 創建和推廣重要的BCI應用
2 4 結束語
參考文獻
第3章 腦-機接口用於腦卒中的潛在益處
3 1 摘要
3 2 (局部)缺血性中風發病機制
3 2 1 病灶核心和半影
3 2 2 遠程損傷
3 3 神話與現實之間的中風恢復
3 4 功能相關可塑性
3 5 BCI哥白尼革命:從環境控制到監測大腦變化
參考文獻
第4章 腦-機接口用於肌萎縮側索硬化症(ALS)患者
4 1 摘要
4 2 肌萎縮側索硬化症(ALS)
4 3 需要BCI
4 4 迄今為止ALS患者的BCI研究
4 5 轉化BCI用於ALS患者
參考文獻
第5章 外傷性腦損傷
5 1 摘要
5 2 背景
5 3 在TBI中使用BCI工具的一般注意事項
5 3 1 腦外傷后大腦連接性的改變:BCI的可能作用
5 4 BCI應用於TBI的現有知識有哪些?
5 4 1 神經反饋
5 4 2 BCI包含非侵入式經顱腦刺激
5 4 3 基於腦深部刺激的BCI
第6章 脊髓損傷
第7章 BCI用於交流
第8章 腦-機接口在機器人和假肢控制中的應用
第9章 BCI用於神經康復訓練
第10章 視頻遊戲是促進大腦可塑性的豐富環境
第11章 BCI用於重度腦損傷患者意識評估和交流
第12章 運動障礙的智能神經調節
第13章 雙向腦-機接口
第14章 腦-機接口和虛擬現實用於神經康復
第15章 監測專業和職業操作員的表現
第16章 自我健康監測和可穿戴神經技術
第17章 腦-機接口用於基礎神經科學
第18章 腦電波
第19章 顱內腦電(iEEG):沿硬腦膜排列電極
第20章 局部場電位用於BCI控制
前言/序言
人類區別於其他物種的特徵中,一個最顯著的特徵是:人類具有能夠製造和使用複雜工具和儀器的能力,許多這些工具和儀器已真正變革了我們的生活方式,其中兩種工具是本書的起點,首先是計算機,它的發明可以追溯到500年前的達 芬奇(或者他之前的其他人)和現代的阿蘭 圖靈。當然,在大約50年前,幾乎沒有人會預測到它們會以某種形式為地球上一半人所使用。其次是記錄大腦活動的能力,這可以追溯到近100年前漢斯 伯格對腦電的研究。這兩種方法的結合已產生了一個全新的研究領域:腦-機接口。傳統觀點認為大腦的主要功能是將感覺輸入轉化為運動和與激素有關的輸出,除此之外,我們現在可以增加一個事實,即腦-機接口能夠利用大腦的新型輸出來監測、恢復或增強中樞神經系統的自然功能,包括大腦的思維。神經科學這一真正新領域的出現促使我們首次撰寫了這本完全致力於腦-機接口在臨床神經疾病中的應用。
正如所期望的,本書涵蓋了許多主題。開篇兩章 定義了腦-機接口及其原理,接下來的章 節 探討了腦-機接口如何通過提高在線監測大腦活動的能力來指導中風和脊髓損傷等情況下的康復工作,這些章 節 表明了腦-機接口如何顯著的影響神經康復。腦-機接口一個主要的有效應用是改善交流,這在閉鎖綜合征或緩慢進行性肌萎縮側索硬化患者中最為明顯,在後一類患者中,腦-機接口有助於臨終時的交流,這對於維護患者的自主性和尊嚴至關重要,腦-機接口利用患者的神經信號來輔助交流,而不是依賴於肌肉活動。關於創傷的一章 介紹了腦-機接口在創傷性腦損傷清醒患者和腦損傷動物模型中的研究結果,表明腦-機接口可以改善動物模型和患者的認知功能損傷;專門討論脊髓損傷后慢性神經病理性疼痛的一章 表明,腦-機接口可能對皮層地形組織有重要的影響:另一章 討論了如何利用癱瘓身體部位的想象運動和神經反饋來預防或治療慢性神經病理性疼痛。
本書也包括這樣的章 節,把腦-機接口應用於虛擬現實設備和電子遊戲,監測專業和職業操作人員的表現,如駕駛的表現。這些章 節 重新討論了現有標準的技術,如腦電和功能性磁共振成像,討論顯示了如何在BCI研究應用中更好地利用它們。
本書的最後幾章 闡述了一些重要的普遍原理或原則,特別是這些新技術的倫理方面,因為這些技術進入醫療實踐。腦-機接口可以滿足傳統醫學的幾個目標,如幫助患者降低殘疾對他們生活的影響,維護他們的尊嚴和自尊。也考慮了腦-機接口的其他方面,但這些方面尚未完全解決,例如,確保患者能夠保護隱私或明確決策過程。本書最後概述了BCI產業化的觀點,該觀點致力於解決如何將BCI從實驗室研究轉化到實際應用。目前許多腦-機接口設備缺乏實用性和可訪問性,人們正在努力採用以用戶為中心的設計方法進行腦-機接口的研究和開發。
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