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從不同應(yīng)用,腦機(jī)接口主要包括如下幾個(gè)方面
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2023-12-04

一、應(yīng)用領(lǐng)域

腦機(jī)技術(shù)能提供多種功能,主要分為五類:監(jiān)測(cè)、替代、改善/恢復(fù)、增強(qiáng)和補(bǔ)充。圍繞上述五大功能,腦機(jī)接口有覆蓋面較廣的下游應(yīng)用領(lǐng)域。醫(yī)療健康為腦機(jī)的主要應(yīng)用場(chǎng)景,在未來(lái)掃清倫理、技術(shù)成熟度等障礙之后,將逐漸滲透娛樂(lè)、智能家居、軍事和其他領(lǐng)域,成為人機(jī)交互的重要形式之一。

二、醫(yī)療保健

腦機(jī)接口技術(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景,是目前腦機(jī)接口最大的市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域,也是增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域,主要集中在“監(jiān)測(cè)”“改善/恢復(fù)”“替代”和“增強(qiáng)”四種功能中。腦機(jī)接口技術(shù)可以直接實(shí)現(xiàn)大腦與外部設(shè)備的交互,跨越常規(guī)的大腦信息輸出通路,在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。同時(shí),隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)大腦結(jié)構(gòu)和功能的不斷探索,人類已經(jīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)、視覺(jué)、聽覺(jué)、語(yǔ)言等大腦功能區(qū)有了較為深入的研究,那么通過(guò)腦機(jī)接口設(shè)備獲取這些大腦區(qū)域的信息并分析,在神經(jīng)、精神系統(tǒng)疾病的體檢診斷、篩查監(jiān)護(hù)、治療與康復(fù)領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用。

腦機(jī)接口在醫(yī)療健康的領(lǐng)域的具體應(yīng)用包括:

肢體運(yùn)動(dòng)障礙診療:包括輔助性腦機(jī)與康復(fù)性腦機(jī)接口。

輔助性腦機(jī):接口通過(guò)腦機(jī)接口設(shè)備獲取患者的運(yùn)動(dòng)意圖,實(shí)現(xiàn)對(duì)假肢、外骨骼或輪椅等外部設(shè)備的控制。例如2019年BrainCo旗下的Brain Robotics可以直接與肢體殘端的神經(jīng)和肌肉對(duì)接,用戶可以用自己的大腦來(lái)控制它。

康復(fù)性腦機(jī)接口:由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)具備可塑性,經(jīng)過(guò)腦機(jī)接口設(shè)備直接作用于大腦進(jìn)行重復(fù)性反饋剌激,可以增強(qiáng)神經(jīng)元突觸之間的聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)修復(fù)??祻?fù)性BCI常與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合,創(chuàng)建BCI同步閉環(huán)康復(fù)系統(tǒng),模擬產(chǎn)生三維空間的虛擬場(chǎng)景,并通過(guò)VR設(shè)備向用戶進(jìn)行視覺(jué)反饋。

意識(shí)與認(rèn)知障礙診療:通過(guò)腦機(jī)接口設(shè)備獲取并分析“植物人”患者的腦電信號(hào),掌握患者的意識(shí)狀態(tài),實(shí)現(xiàn)意識(shí)障礙診斷與評(píng)定,甚至與意識(shí)障礙患者實(shí)現(xiàn)交流。有助于醫(yī)生判別患者是否有喚醒康復(fù)的可能,有針對(duì)性的采取治療措施。

精神疾病診療:基于腦電信號(hào)的情感識(shí)別研究用于輔助抑郁癥、焦慮癥等精神類疾病發(fā)病機(jī)制的研究和治療。

感覺(jué)缺陷診療:使患者自身的感覺(jué)信息被腦機(jī)接口設(shè)備解碼,實(shí)現(xiàn)感覺(jué)恢復(fù),目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在聽覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等感覺(jué)缺陷診療中發(fā)揮積極作用,未來(lái)可期。

癲癇和神經(jīng)發(fā)育障礙診療:通過(guò)腦電輸出和判斷大腦的功能和疾病的信號(hào),以誘發(fā)患者功能區(qū)的響應(yīng),通過(guò)手術(shù)切除、熱凝、激光損毀等技術(shù)實(shí)現(xiàn)改變和治療大腦的癲癇網(wǎng)絡(luò),已經(jīng)在臨床成熟應(yīng)用。

三、游戲和娛樂(lè)

在娛樂(lè)領(lǐng)域,腦機(jī)接口呈現(xiàn)出與玩具、VR/AR結(jié)合的發(fā)展特征,出現(xiàn)腦控小車、腦控VR/AR等產(chǎn)品,還可以作為更加沉浸的“元宇宙”入口。美國(guó)科技公司Cognixion在2020年發(fā)布了基于腦機(jī)接口的AR頭顯,可在屏幕、游戲、電話、辦公影音等多個(gè)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)沉浸式體驗(yàn)。云睿智能(EEGSmart)開發(fā)出了基于腦機(jī)接口技術(shù)用一年操控的意念無(wú)人機(jī)Udrone。

目前腦機(jī)接口游戲產(chǎn)品主要以評(píng)估專注力為主的初級(jí)游戲?yàn)橹?。游戲模式相?duì)簡(jiǎn)單,與移動(dòng)游戲產(chǎn)業(yè)最初的“捕魚”“切水果”模式類似。

四、教育

教育領(lǐng)域:腦機(jī)接口技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用包括注意力監(jiān)測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)、教學(xué)設(shè)計(jì)、智能學(xué)習(xí)和記憶增強(qiáng),甚至?xí)嵏铂F(xiàn)有教育模式。關(guān)于BCI對(duì)于教育行業(yè)的實(shí)驗(yàn),根據(jù)數(shù)值表明,BCI對(duì)于閱讀障礙、多動(dòng)癥等兒童的治療是有效的。同時(shí)清華大學(xué)心理學(xué)系和教育研究院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn),數(shù)學(xué)期末考試中可以記錄到與學(xué)生數(shù)學(xué)焦慮特質(zhì)顯著相關(guān)的神經(jīng)生理標(biāo)志物,基于腦機(jī)接口技術(shù)和神經(jīng)反饋技術(shù),可以通過(guò)調(diào)控該神經(jīng)生理標(biāo)志物緩解和改善學(xué)生的數(shù)學(xué)焦慮。

五、其他用途

其他領(lǐng)域:被動(dòng)式腦機(jī)接口技術(shù)在應(yīng)急管理部門、安防、電力、鐵路、交通等行業(yè)也具有廣闊應(yīng)用前景。其中疲勞監(jiān)測(cè)是熱點(diǎn)方向。澳大利亞的SmartCap公司生產(chǎn)的智能帽可實(shí)時(shí)采集駕駛員(尤其是采礦、物流、客運(yùn)等專業(yè)司機(jī))的腦電信號(hào)并分析,從而判斷駕駛員的疲勞狀態(tài)。

腦機(jī)接口在軍事領(lǐng)域主要應(yīng)用于“替代”和“增強(qiáng)”兩個(gè)方向。腦機(jī)接口系統(tǒng)能夠輔助操縱各類無(wú)人設(shè)備,代替士兵深入危險(xiǎn)或高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)合執(zhí)行任務(wù)。腦控武器是軍事武器自動(dòng)化和智能化的一個(gè)重要發(fā)展方向。結(jié)合腦控和手控可以發(fā)揮士兵個(gè)體控制的最大潛能,這是武器研制和使用的智能化目標(biāo)。

腦控外骨骼是提升單兵作戰(zhàn)能力的最有效手段之一,將機(jī)械外骨骼附著在人體外部,利用想象思維控制外骨骼的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作,增加單兵作戰(zhàn)的力量、速度和準(zhǔn)確度,是腦控外骨骼的最終目標(biāo)。此外,動(dòng)物偵察兵利用動(dòng)物的偵察能力,將腦控芯片植入動(dòng)物體內(nèi),由人類遠(yuǎn)程控制動(dòng)物的行動(dòng)和偵察路線,延伸人類偵察范圍和時(shí)間。還可以借助腦機(jī)接口進(jìn)行更高效和更保密的軍事通信,提高作戰(zhàn)人員的認(rèn)知能力。

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