讲座回顾|高上凯：脑-机接口的原理、方法与应用

        5月16日晚，三教3200教室内本科生、研究生、研究者们齐聚一堂，共同聆听高上凯教授带来的“脑-机接口的原理、方法与应用”讲座。本场讲座由校学生科协星火论坛部主办，主讲人高上凯老师是清华大学生物医学工程系教授、博士生导师，主要研究领域是神经工程及医学超声工程，2007年当选为美国电子电气工程师协会院士。

        高教授作为脑-机接口（BCI）领域的前沿研究者，感叹这项技术早十几年在大众眼中还只是科幻小说中的元素，而如今已经走向现实，并且将慢慢地步入生活。她将脑-机接口的实现划分为神经科学、工程科学、实际应用三个环节，将深入的理论知识和有趣的前沿应用娓娓道来。报告结束后，听众们迫不及待地举手向高教授提问，许多问题凝练深入，得到了高教授的赞许。

        接下来，让我们来简要回顾一下高教授的报告内容和同学的精彩提问。

       要让大脑能直接对外交流，首先需要采集到可以测量、区分度高的脑活动信号。可选的方法有许多种，各有胜场。脑电图描记器（EEG）成本较低、装置简易、无创无害，最终成为了高教授的选择。

       高教授主要介绍了三种脑电的变化模式，其一是被试在想象运动时，相应的控制脑区在9-13Hz频段内的信号将下降；其二是在注意到预设小概率事件（比如在若干张陆续出现的图片中寻找猫）发生后约300ms，脑电会自动产生一个高峰；其三是稳态视觉诱发电位，即人注视着以一定范围内的固定频率闪烁着的图片时，大脑就会产生同频率的诱发电位。高教授的团队在2015年就是采用了这第三种方法，创下了无创脑机接口传输的最快记录。

       回溯脑-机接口的萌芽期，一套BCI系统极度复杂，需要大量的财力物力。而现在，高教授笑着告诉我们，一个小巧的电极帽就可以通过无线传输和笔记本电脑相连。工程技术的发展确实为BCI的进步立下汗马功劳。高教授介绍，收集大脑信号的装置分成植入式和无创式两种。

       植入式是通过颅骨开孔将电极置于大脑皮层，其优点在于定位精度高，传输速度快，但对人体伤害大，测量区域也比较狭小。

       而无创式的EEG只需要带上电极帽，打上导电膏就可以收集全脑电信号，但识别传输速率低，精度不高。高教授说，希望工程师们能造出一种干电极式（不用打导电膏）的脑-机接口，这样只需要一戴“帽子”就能连接电脑，真正简便而适合大多数人的BCI才会成为可能。

       高教授打趣地说，BCI日渐成熟，各种有点相关的东西就纷纷来求“冠名”。若是要将它们梳理一下，她认为BCI的应用分为三个层次：相互交流、相互作用、智能互通。

       目前第一个层次的发明较多，例如利用BCI判断什么样的广告最诱人，也有人想用脑电模式设计保密锁，而更多的人在进行大脑直接控制轮椅、假肢等造福“渐冻症”等瘫痪病人的研究。

       第二个层次最成功的应用是帮助中风病人康复。现今中风病人低龄化，药物和手术都不能对这种病产生良好的治疗效果，但BCI可以帮助病人主动训练，刺激神经通路的再生修复。通过采集分析优秀运动员的脑电信号，也可以帮助其他运动员快速掌握要领，训练更有效率。