PhillipKennedy及其同事用锥形营养性(neurotrophic-cone)电极植入术在猴上建造了第一个皮层内脑机接口。
1999年，哈佛大学的GarrettStanley试图解码猫的丘脑外侧膝状体内的神经元放电信息来重建视觉图像。他们记录了177个神经元的脉冲列，使用滤波的方法重建了向猫播放的八段视频，从重建的结果中可以看到可辨认的物体和场景。
杜克大学的MiguelNicolelis是支持用覆盖广大皮层区域的电极来提取神经信号、驱动脑机接口的代表。他认为，这种方法的优点是能够降低单个电极或少量电极采集到的神经信号的不稳定性和随机性。Nicolelis在1990年代完成在大鼠的初步研究后，在夜猴内实现了能够提取皮层运动神经元的信号来控制机器人手臂的实验。到2000年为止，Nicolelis的研究组成功实现了一个能够在夜猴操纵一个游戏杆来获取食物时重现其手臂运动的脑机接口。这个脑机接口可以实时工作。它也可以通过因特网远程操控机械手臂。不过由于猴子本身不接受来自机械手臂的感觉反馈，这类脑机接口是开环的。Nicolelis小组后来的工作使用了恒河猴。
其它设计脑机接口算法和系统来解码神经元信号的实验室包括布朗大学的JohnDonoghue、匹兹堡大学的AndrewSchwartz、加州理工的RichardAnderson。这些研究者的脑机接在某一时刻使用的神经元数为15-30，比Nicolelis的50-200个显著要少。Donoghue小组的主要工作是实现恒河猴对计算机屏幕上的光标的运动控制来追踪视觉目标。其中猴子不需要运动肢体。Schwartz小组的主要工作是虚拟现实的三维空间中的视觉目标追踪，以及脑际接口对机械臂的控制。这个小组宣称，他们的猴子可以通过脑机接口控制的机械臂来喂自己吃西葫芦。Anderson的小组正在研究从后顶叶的神经元提取前运动信号的脑机接口。此类信号包括实验动物在期待奖励时所产生信号。
除了以上所提及的这些用于计算肢体的运动参数的脑机接口以外，还有用于计算肌肉的电信号（肌电图）的脑机接口。此类脑机接口的一个应用前景是通过刺激瘫痪病人的肌肉来重建其自主运动的功能。
6.人类脑机接口研究
6.1侵入式脑机接口
侵入式脑机接口主要用于重建特殊感觉（例如视觉）以及瘫痪病人的运动功能。此类脑机接口通常直接植入到大脑的灰质，因而所获取的神经信号的质量比较高。但其缺点是容易引发免疫反应和愈伤组织（疤），进而导致信号质量的衰退甚至消失。
视觉脑机接口方面的一位先驱是WilliamDobelle。他的皮层视觉脑机接口主要用于后天失明的病人。1978年，Dobelle在一位男性盲人Jerry的视觉皮层植入了68个电极的阵列，并成功制造了光幻视（Phosphene）。该脑机接口系统包括一个采集视频的摄像机，信号处理装置和受驱动的皮层刺激电极。植入后，病人可以在有限的视野内看到灰度调制的低分辨率、低刷新率点阵图像。该视觉假体系统是便携式的，且病人可以在不受医师和技师帮助的条件下独立使用。
2002年，JensNaumann成为了接受Dobelle的第二代皮层视觉假体植入的16位病人中的第一位。第二代皮层视觉假体的特点是能将光幻视更好地映射到视野，创建更稳定均一的视觉。其光幻视点阵覆盖的视野更大。接受植入后不久，Jens就可以自己在研究中心附近慢速驾车漫游。
针对“运动神经假体”的脑际接口方面，Emory大学的PhilipKennedy和RoyBakay最先在人植入了可获取足够高质量的神经信号来模拟运动的侵入性脑际接口。他们的病人JohnnyRay患有脑干中风导致的锁闭综合症。Ray在1998年接受了植入，并且存活了足够长的时间来学会用该脑机接口来控制电脑光标。
2005年，Cyberkinetics公司获得美国FDA批准，在九位病人进行了第一期的运动皮层脑机接口临床试验。四肢瘫痪的MattNagle成为了第一位用侵入式脑机接口来控制机械臂的病人，他能够通过运动意图来完成机械臂控制、电脑光标控制等任务。其植入物位于前中回的运动皮层对应手臂和手部的区域。该植入称为BrainGate，是包含96个电极的阵列。
6.2部分侵入式脑机接口
部分侵入式脑机接口一般植入到颅腔内，但是位于灰质外。其空间分辨率不如侵入式脑机接口，但是优于非侵入式。其另一优点是引发免疫反应和愈伤组织的几率较小。
皮质脑电图（ECoG：ElectroCorticoGraphy）的技术基础和脑电图的相似，但是其电极直接植入到大脑皮层上，硬脑膜下的区域。华盛顿大学（圣路易斯）的EricLeuthardt和DanielMoran是最早在人体试验皮层脑电图的研究者。根据一则报道，他们的基于皮层脑电图的脑际接口能够让一位少年男性病人玩电子游戏。同时该研究也发现，用基于皮层脑电图的脑机接口来实现多于一维的运动控制是比较困难的。
基于“光反应成像”的脑机接口尚处在理论阶段。其概念是在颅腔内植入可测量单神经元兴奋状态的微型传感器，以及受其驱动的微型激光源。可用该激光源的波长或时间模式的变化来编码神经元的状态，并将信号发送到颅腔外。该概念的优点是可在感染、免疫反应和愈伤反应的几率较小的条件下长时间监视单个神经元的兴奋状态。
6.3非侵入式脑机接口
和侵入式脑机接口一样，研究者也使用非侵入式的神经成像术作为脑机之间的接口在人身上进行了实验。用这种方法记录到的信号被用来加强肌肉植入物的功能并使参加实验的志愿者恢复部分运动能力。虽然这种非侵入式的装置方便佩戴于人体，但是由于颅骨对信号的衰减作用和对神经元发出的电磁波的分散和模糊效应，记录到信号的分辨率并不高。这种信号波仍可被检测到，但很难确定发出信号的脑区或者相关的单个神经元的放电。
6.4脑电图
作为有潜力的非侵入式脑机接口已得到深入研究，这主要是因为该技术良好的时间分辨率、易用性、便携性和相对低廉的价格。但该技术的一个问题是它对噪声的敏感，另一个使用EEG作为脑机接口的现实障碍是使用者在工作之前要进行大量的训练。这方面研究的一个典型例子是德国图宾根大学的NielsBirbaurmer于1990年代进行的项目。该项目利用瘫痪病人的脑电图信号使其能够控制电脑光标。经过训练，十位瘫痪病人能够成功地用脑电图控制光标。但是光标控制的效率较低，在屏幕上写100个字符需要1个小时，且训练过程常耗时几个月。在Birbaumer的后续研究中，多个脑电图成分可被同时测量，包括μ波和β波。病人可以自主选择对其最易用的成分进行对外部的控制。
与上述这种需要训练的EEG脑机接口不同，一种基于脑电P300信号的脑机接口不需要训练，因为P300信号是人看到熟识的物体是非自主地产生的。美国罗切斯特大学的J JessicaBayliss的2000年的一项研究显示，受试者可以通过P300信号来控制虚拟现实场景中的一些物体，例如开关灯或者操纵虚拟轿车等。
1999年，美国凯斯西留地大学由HunterPeckham领导的研究组用64导脑电图恢复了四肢瘫痪病人JimJatich的一定的手部运动功能。该技术分析脑电信号中的β波，来分类病人所想的向上和向下两个概念，进而控制一个外部开关。除此以外，该技术还可以使病人控制电脑光标以及驱动其手部的神经控制器，来一定程度上回复运动功能。
应用人工神经网络，计算机可以分担病人的学习负担。Fraunhofer学会2004年用这一技术显著降低了脑机接口训练学习所需的时间。
EduardoMiranda的一系列试验旨在提取和音乐相关的脑电信号，使得残疾病人可以通过思考音乐来和外部交流，这种概念称为“脑声机”（encephalophone）。
6.5脑磁图与功能
脑磁图（MEG）以及功能核磁共振成像（fMRI）都已成功实现非侵入式脑机接口。例如在一项研究中，病人利用生物反馈技术可以用改变fMRI所检测到的脑部血流信号来控制乒乓球运动。也有人用fMIR信号来准实时地控制机械臂，这一控制的延迟大位7秒左右。
6.6成果商品化及公司介绍
JohnDonoghue及其同事创立了Cybernetics公司，宗旨是推动实用的人类脑机接口技术的发展。该公司目前以Cybernetics神经技术公司为名在美国股市上市。BrainGate是该公司生产的电极阵列，该产品基于美国犹他大学的RichardNormann研发的“犹他”电极阵列。
PhilipKennedy创立了NeuralSignals公司。该公司生产的脑际接口设备使用玻璃锥内含的蛋白质包裹的微电极阵列，旨在促进电极和神经元之间的耦合。该公司除了生产侵入式脑际接口产品，还销售一种可回复言语功能的植入设备。
2004年为止，WilliamDobelle创建的公司已经在16位失明病人内植入了初级视皮层视觉假体。该公司目前仍在继续研发视觉植入物，但这类产品至今没有获得FDA的批准，因而不能在美国境内使用于人类。
7.细胞培养物的脑机接口
细胞培养物的脑机接口是动物（或人）体外的培养皿中的神经组织和人造设备之间的通讯机制。这方面研究的焦点是建造具有问题解决能力的神经元网络，进而促成生物式计算机。研究者有时在半导体晶片上培养神经组织，并且从这些神经细胞记录信号或对其进行刺激。这类研究常称为“神经电子学”（Neuroelectronics）或“神经芯片”（Neurochips）。1997年，加州理工JeromePine和MichaelMaher的团队最先宣称研制成功神经芯片。该芯片集成了16个神经元。
2003年，美国南加州大学的TheodoreBerger小组开始研制能够模拟海马功能的神经芯片。该小组的目标是将这种神经芯片植入大鼠脑内，使其称为第一种高级脑功能假体。他们之所以选择海马作为研究对象为其高度有序的组织以及丰富的研究文献。海马体的功能与记忆生成和长期记忆有关。
佛罗里达大学的ThomasDeMarse用提取自大鼠脑的包含25000个神经元的培养物来操控一个F-22战斗机模拟程序。这些神经元提起自大脑皮层，离体以后，它们在培养皿上迅速集结成活的神经元网络，并且与60个电极通讯，来控制战斗机的上下和左右摇摆运动。该项目的主要目的是研究人类的脑在细胞层面上如何学习特定的计算任务。
8.前景光明
如果有人说，他用意念就能移动鼠标或给电视换台，你绝对不会相信，还会将其归入“伪特异功能者”的骗子队伍。
不过，在中国科学家的帮助下，一只名叫“建辉”的猴子，成功地用意念控制旁边的机械手做出了不同的手部动作。
2月21日，浙江大学求是高等研究院脑机接口研究团队宣布，他们运用计算机信息技术成功提取并破译了猴子大脑关于抓、勾、握、捏四种手势的神经信号，使猴子的“意念”能直接控制外部机械。
对肢障患者来说，这无疑是个好消息。未来如果“意念控制”能自如地运用于人体的各个部位，他们就能像正常人一样不必完全依赖他人的照顾而生活。
8.1用猴子“意念”控制机械手
2月21日，在浙江大学紫金港校区求是高等研究院的实验室里，年近8岁的“建辉”用抓、勾、握、捏四种不同的手部动作“对付”着实验人员交给它的可乐瓶、笔记本、胶带纸等“玩具”。
因为“玩具”的形状不同，要想抓住它们，就必须采用不同的动作。做对了，“建辉”就能喝到饮料作为奖励。
不远处，一只机械手就像与“建辉”有“心灵感应”，同步做着与“建辉”一模一样的手部动作，并分别抓住实验人员递来的不同形状的物品。
“这个过程实际上是将猴子想要做某个手部动作时大脑发出的信号，通过控制系统同时让机械手去完成，从而实现"意念"控制。”该研究团队负责人郑筱祥告诉《中国科学报》。
他们采用的是现在国际上很热门的脑机接口技术。所谓脑机接口技术，是在大脑和外部设备（例如假肢）之间建立一条传输大脑指令的通道，实现即使在脊髓损伤发生神经通路损坏的情况下，也能使有行动障碍的人通过自己的意念对外部设备进行控制，从而重获独立生活的能力。
郑筱祥说，该领域的研究需要神经科学、信息工程技术和医学等多个学科的交叉合作，关键是要研发出实时性强、准确性高、具有互适应功能的多通道神经元放电采集、处理与信息解码技术。
2008年，美国匹兹堡大学的科学家实现了让猴子用“意念”控制机械手臂的运动。2011年10月，美国杜克大学医学中心的科学家在《自然》杂志发表文章，宣布他们不仅能让猴子用意念移动虚拟手掌，还能感受虚拟手掌触摸物体的触觉信号。
而此次郑筱祥团队的研究成果的特别之处在于，他们捕捉到的神经信号是更为精细的手指信号，复杂性和精密性要求均高于之前的手臂移动。
8.2芯片记录脑部神经信号
一边是年近8岁的“建辉”，一边是没有生命的机械手。它们间的“心灵感应”究竟从何而来？
“我们为"建辉"做了脑部手术，在它的大脑运动皮层植入两个与200多个神经元相连接的芯片，每个芯片大小为4毫米×4毫米，有96个电极。芯片的另一头连接着一台计算机，实时记录着"建辉"一举一动发出的神经信号。”浙江大学副教授、团队成员之一的陈卫东向《中国科学报》记者解释道。
随后，生物医学工程、计算机、医学等领域的研究人员利用获得的神经信号研发神经信号实时分析系统，对记录到的200个神经放电信号进行解读，最终区分出了“建辉”抓、勾、握、捏四种不同信号的“密语”。
当“建辉”开心地玩着玩具，它的脑部信号正被外部的计算机所“截取”并“破译”，直接传递到了机械手，“心灵感应”由此产生。
“手的运动区少说也有几万到几十万个神经元，我们利用200个左右的神经元能对手的运动作出解码。”郑筱祥说，“当然，我们产生的控制指令相对于真正灵活多变的手指运动，在精细度和复杂度上还有一定距离。”
而在实验中，“建辉”控制的这只机械手，也是世界上最精密的机械手之一，智能度高，灵活性强。按陈卫东的话说，其复杂程度不会亚于航天设备。
对“建辉”，团队成员则照顾得无微不至。“在吃住上，我们提供很好的条件，对它比对自己还要关心。即使是过年，也会有专门的人员照看它。”陈卫东说。
对于团队接下来的研究方向，陈卫东表示，要做的还有很多，如怎样把手臂和手结合起来作出连续的抓取动作，如何把触觉的信息反馈给大脑，怎样让脑和机器更好地融合在一起。
郑筱祥则表示，严格来说，目前国际上通过“意念”控制外部设备还有很长的路要走，但脑机接口技术的发展前景让人向往。
9.脑机接口技术
这项研究代表了将脑电波转变成为虚拟和现实世界运动的诸多尝试。《神经工程学》杂志的研究人员使用了一种非侵入性的“帽子”来捕获脑电活动。这种方法并不是虚构的心灵阅读，它需要一种电子系统来识别脑电图仪中的脑电活动模式。那些思考内容，比如说左手握拳，随后与直升机的运动联系到一起，直升机就会左转。
脑电图仪信号非常混乱，而且大部分都是无法解读的电信号，但是与运动相关的信号被证明是相当强烈而且可重复的。这样的思维能力已经被用于控制一种机械轮椅，而且一系列的可靠大脑信号甚至被用于演奏世界上的第一支“大脑管弦乐”。当研究人员能够直接连接大脑时，他们就能够更准确定位大脑的活动区域。
在研究中，五位参与者佩戴着装有64个电极的“帽子”，然后通过电脑将脑电波与运动相匹配，比如左右手握拳代表左右转向，握双拳代表上升等等。然后计算机被设定成只依靠参与者的思维和wi-fi网络控制直升机。遥控直升机在大学的体育馆中稳定的穿越障碍物，参与者控制直升机躲避障碍物的成功率高达90%。
明尼苏达大学医学工程研究所主任Bin He是这项新研究的资深作者，他的团队长时间来一直都在致力于直升机试验的研究。他声称，他确信使用这种非侵入性的方法来收集大脑的力量，有着更广泛的长期应用。脑机接口技术最终不仅能够帮助残疾人，而且可以帮助健康群体。
10.伦理问题
目前，关于脑机接口的伦理学争论尚不活跃，动物保护组织也对这方面的研究关注也不多。这主要是因为脑际接口研究的目标是克服多种残疾，也因为脑机接口通常给予病人控制外部世界的能力，而不是被动接受外部世界的控制。（当然视觉假体、人工耳蜗等感觉修复技术是例外。）
有人预见，未来当脑际接口技术发展到一定程度后，将不但能修复残疾人的受损功能，也能增强正常人的功能。例如深部脑刺激（DBS）技术可以用来治疗抑郁症和帕金森氏病，将来也可能可以用来改变正常人的一些脑功能和个性。又例如，上文提及的海马体神经芯片将来可能可以用来增强正常人的记忆。这可能将带来一系列关于“何为人类”、“心灵控制”的问题争论。
11.国内研究机构
浙江大学求是高等研究院(QAAS)
浙江大学求是高等研究院(Qiushi Academy for Advanced Studies,QAAS)成立于2006年10月，是由香港著名企业家、浙江大学资深学长查济民名誉博士和刘璧如女士资助建立，浙江大学校设直属科研机构，享受学校的特殊政策。
求是研究院依托浙江大学现有的科研基地，充分采用纳米技术、信息科学、生物医学工程和临床医学的研究成果，围绕神经信息与控制等领域开展多学科交叉研究。着重研究神经控制与修复、运动神经模型、神经信号处理及专用芯片设计、传感器材料的生物相容性、基于遥控和遥测的生物机器人、人工智能、脑—机交互（BCI）等课题。将最新研究成果应用于临床、公共安全等领域，实现科学和技术融合，造福社群，服务社会。作为浙江大学的“研究特区”， 学校在求是研究院设立特殊的人才引进、聘用及考核政策，并设立了以博士为主的查氏特聘研究员岗位，引进国内外优秀人才前来从事研究工作。
参考资料：
1.什么是脑机接口 - 脑机接口技术
http://bci123.blog.sohu.com/145745699.html
2.脑机接口技术前景光明
http://tech.hexun.com/2012-02-23/138561259.html
3.脑机接口 - 学术百科
http://wiki.cnki.com.cn/HotWord/2596361.htm
摘自：搜狗百科
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发表于 2016-1-8 14:24:18
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