神经假体通过人工电刺激以引起神经组织的兴奋,从而代替受损的神经功能。神经假体研究与神经科学和生物医学工程等学科相关。脑机接口与神经假体是不同的,脑机接口将大脑与计算机连接起来,而不是用来代替缺失的生物功能的设备。
神经假体
替代人体神经通路受损部分的人工植入装置。又称神经假肢。
- 英文名称
- neural prosthesis
- 又称
- 神经假肢
- 所属学科
- 控制科学与工程
按受损功能的不同,神经假体可分为感觉神经假体、运动神经假体、认知神经假体等。感觉神经假体将外界信息转化为电刺激信号以作用于感觉神经通路,如人工耳蜗、视觉假体等。其中,人工耳蜗是应用最早的神经假体。运动神经假体则是以电刺激代替大脑发出神经冲动,以恢复受损运动机能如站立、排尿等。认知神经假体则通过电刺激恢复因脑损伤引起的认知功能缺失,如用以缓解帕金森病症状的脑部深层电刺激。
神经假体是一系列可代替运动、感觉或认知方式的装置,补偿可能因伤害或疾病而受损的原有神经组织。这些设备通过替换或增强受损感觉以改善残疾人的生活质量。人工耳蜗就是一个例子。人工耳蜗替代耳鼓的功能,同时模拟在耳蜗中执行的频率分析。外部单元上的麦克风收集声音并对其进行处理,处理后的信号被转移到微电极阵列植入单元,通过微电极阵列刺激听觉神经,使大脑在一定程度上恢复听觉。
这些植入物也常用于动物实验,帮助神经科学家深化对大脑及其功能的理解。通过无线监测植入大脑中的电极发出的大脑电信号,可以在不影响受试者行为与认知的情况下开展科学研究。
神经植入物应被设计得尽可能小以便减少创伤,特别是在大脑皮质、眼睛或耳蜗周围的区域。植入物通常以无线方式与假肢相通,并以无线方式传输电力。植入物周围的组织通常对温度升高高度敏感,这意味着植入物功耗必须最小化,以防止组织损伤。
神经假体和脑机接口并不对等。
(1)脑机接口的目的是增强对象现有功能或者补偿对象缺失功能,其应用对象是健全人、残疾人和动物。神经假体的目的是补偿对象的缺失功能,其应用对象是残疾人。
(2)脑机接口中的“脑”泛指中央神经,而神经假体中的“神经”是指中央神经系统和外周神经系统。
(3)脑机接口首先将大脑和一个信息处理平台连接,再根据需要和外部执行机构连接,而神经假体则是将神经系统和外部设备直接连接。
虽然有这三点区别,但两者的基本目标又是相同的,都必须建立神经系统和外部设备的通信渠道。所以两者在研究思路、技术路线、成果形式等诸多方面表现出相似性。
扩展阅读
- WOLPAW J R, BIRBAUMER N, HEETDERKS W J, et al.Brain-Computer Interface Technology: A Review of the First International Meeting.IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering,2000,8(2):164-173.