摘要
我们怎么知道大脑是如何工作的呢?医生不能像打开糖果罐一样打开头骨，然后再盖上盖子，他们可以吗?事实上，在人脑中植入电线多年来一直是安全的。这些设备被称为脑机接口，可以帮助医生和科学家记录来自大脑的电信号，告诉他们大脑是如何与世界相互作用的。研究人员正在使用这项技术来改善瘫痪患者的生活质量，并构建大脑控制的游戏原型。尽管功能强大，脑机接口仍面临许多挑战。这听起来像是你想要从事的领域吗?继续阅读，了解更多!
机器能“读心术”吗?
神经元是身体中在身体和大脑之间传递信息的特殊细胞。例如，当你移动腿时，神经元将信息从大脑传递到腿上。如果没有神经元，你将无法品尝、触摸、听觉、嗅觉、思考或移动你的四肢。神经元只有在连接时才能交流。然而，神经元可能会因损伤或疾病而断开连接。想象一下，如果你有一天醒来，你的腿和胳膊都不能动了!即使你仍然可以考虑移动它们，如果你的神经元不交流，移动就不是一个选择。如果你的手臂不能工作，你甚至不能使用轮椅。但如果有一种方法可以用你的思想来控制轮椅呢?好消息! A脑机接口(BMI)是一种可以“读取”大脑电活动的设备。BMI可以检测大脑中的信号，由于它与计算机和电动轮椅等其他设备相连，它可以执行用户想要执行的动作。在bmi的帮助下，瘫痪或截肢的人可以完成日常任务，并重新获得一些独立性。
BMI是如何计算的?
BMI如何知道你想要移动电动轮椅的方向?你的大脑在思考“前进”，但BMI是如何解读你的心思的呢?当你想把轮椅向前移动时，大脑中的神经元会相互交流，所以第一步是记录这些大脑信号。我们可以用电极，是一种收集电信号的设备。比如，里面的人图1戴的是一种特殊的含电极帽吗脑电图(EEG)另一种电极叫做electrocorticography (ECoG)网格，直接放置在大脑表面。外科医生必须取出颅骨来放置ECoG网格，但它不会穿透大脑——只是停留在表面。相比之下,皮层(指在大脑内)电极，看起来像非常小的针，也通过手术被植入到大脑组织深处。它们可以记录非常详细的神经活动。图2显示了这三种电极[1］．
- 图1 -控制轮椅的BMI
- 当使用者想把轮椅朝某个特定方向移动时，大脑神经元发出的电信号会被电极(这里是脑电图帽)记录下来。计算机将信号转换成命令，然后由轮椅执行。
- 图2 -三种电极及其潜在应用。
- BMI转换EEG、ECoG或皮质内电极记录的信号(图片来源:NeuroNexus)，既可作辅助应用(帮助人们维持基本生活质素)，也可作康乐应用(娱乐)。
在用电极记录大脑信号后，BMI将这些信号转化为轮椅的指令。计算机学习与不同方向相关的大脑信号的形状，有点像学习一门新语言。然而，学习这种新语言需要时间，所以计算机必须研究大脑信号才能做出正确的翻译。在学习如何转换信号后，BMI可以决定用户想要移动的方向。电动轮椅并不是唯一可以用BMI控制的设备。bmi可以控制计算机屏幕上的鼠标光标，并可以关闭机械臂的手。
我们如何测试BMI是否安全有效?
医生和科学家在批准人类使用的药物和医疗设备时非常谨慎，这是患者如何确保他们服用的药物是安全有效的。bmi也是如此，尤其是那些需要手术植入电极的人。科学家在对患者使用bmi之前要进行许多测试，因此安全性是首要考虑因素。在将BMI用于人类之前，科学家们会将其用于小鼠、大鼠或猴子等动物。如果BMI通过了这些测试，那么进行下一个重要的测试，称为a临床试验．临床试验使科学家能够了解人体使用bmi是否安全，以及这些设备是否按设计工作。例如，科学家测试BMI是否能准确记录使用者的大脑信号。科学家们还通过临床试验来发现可能的副作用——例如，确保电子产品不会对大脑产生任何电火花。患者还必须接受监测，以确保手术后不会出现感染。如果科学家在临床试验期间发现问题，他们就会修复这些问题，以确保BMI是安全和有用的。
然而，临床试验并不完美——可能需要数年才能发现长期影响。此外，构成BMI的电子元件会随着时间慢慢分解，有时医生可能需要数年时间才能注意到这些变化。您可以放心，任何可供购买或使用的BMI都经过了大量彻底的安全测试。我们还必须记住BMI是选择用户拥有是否使用该设备的最终决定权。同样重要的是要注意，用户可以控制BMI - BMI不能控制他们!BMI不能窃取一个人的思想，让他们更聪明，或者让他们做一些他们不想做的事情。bmi只做人们让它做的事。
我可以用BMI指数开车吗?
科学家建立身体质量指数是为了让人们的生活更美好。bmi的应用范围从医疗保健到娱乐。bmi可以控制轮椅，抓取物体，甚至与其他人交流[2］．研究人员正致力于将电脑游戏与bmi结合起来，这样人们就可以只用大脑来控制游戏动作。一些研究人员已经发明了一种虚拟的球运动游戏，它不需要与计算机进行物理交互——球的运动仅由身体质量指数(BMI)控制。3.］．这意味着我们可以拥有一个大脑控制器，而不是操纵杆或键盘。研究人员还期待着未来不需要我们的手或脚来驾驶。日产正在研发一种使用bmi来控制汽车行驶的驾驶系统车．因为驾驶非常复杂，所以还需要做更多的工作，科学家们希望确保bmi指数能尽可能安全地驾驶。
这个领域有什么挑战?
bmi是一个新的领域，仍有许多挑战。首先，随着时间的推移，大脑信号会慢慢丢失，因为电极周围会有疤痕组织。此外，一些bmi指数是靠电池运行的，当电池没电时，医生必须更换电池。这对病人来说很不方便——想象一下，如果你每隔几年就得做一次手术!患者也可能在手术过程中受到感染。为了解决这个问题，科学家们正在建造具有无线充电功能的bmi。4］．一些手机也有这个新功能!另一个巨大的挑战是，我们每天甚至每时每刻都有不同的情绪，BMI很难了解我们在各种条件下的想法。另一个挑战是尽量减少用户需要花费在使用BMI上的注意力。例如，你可能在阅读这篇文章的同时喝着一杯热巧克力。你轻松地拿着杯子，几乎不去想它。然而，这对一个有机械臂的人来说是一个挑战，他必须集中精力拿起杯子而不把饮料洒出来。幸运的是，当用户越来越熟悉他们的bmi时，他们就不会那么关注了。
如果我想在这个领域工作怎么办?
如果你想深入了解BMI的世界，现在就可以开始!有许多免费资源专门用于教授孩子们关于大脑的知识。阅读科学杂志，如《青年前沿》，将帮助你雷竞技电竞体育竞猜平台了解该领域的最新科学发现。雷竞技rebatBrainFacts.org是另一个很好的资源——一个致力于推进大脑研究的网站。这个网站有几篇关于大脑的精彩文章，按年级划分，以最大限度地提高你的理解。学习编程和信号处理也会帮助你理解bmi和大脑信号的含义。当你上高中的时候，可以选修生物学、解剖学、生理学和计算机科学等课程。这些课程将向您介绍有助于您为BMI领域做好准备的主题。
总之，bmi是一项非常强大的新技术。它们可以提高人们的生活质量。尽管这一领域存在许多挑战，但研究人员尽最大努力确保人体使用bmi是安全的。这个领域正在增长!如果你感兴趣，你可以使用上面的建议加入BMI领域!
术语表
神经元：↑在身体和大脑之间传递信息的特殊细胞。
脑机接口：↑一种连接大脑和计算机的装置，如脑电图帽
电极：↑一小块金属可以导电——在这种情况下，是大脑神经元的电活动。
脑电图(EEG)：↑一种测量大脑活动的方法，将电极置于头上。
Electrocorticography (ECoG)：↑一种测量大脑活动的方法，使用放置在大脑表面的电极，在称为ECoG网格的结构中。
皮层：↑在大脑内部。
临床试验：↑在研究人员确定设备或药物是安全的之后，他们会使用人类志愿者来测试它是否安全有效。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
致谢
这项工作由美国国家科学基金会资助DGE 2137420。
参考文献
[1]↑戴利，J. J.， Wolpaw, J. R. 2008。神经康复中的脑机接口。柳叶刀神经。7:1032-43。doi: 10.1016 / s1474 - 4422 (08) 70223 - 0
[２]↑Abdulkader, S. N.， Atia, A.和Mostafa, M. S. M. 2015。脑机接口:应用与挑战。埃及。通知。J。16:213-30。doi: 10.1016 / j.eij.2015.06.002
[3]↑米亚，M. O.，哈桑，A. M.，马蒙，K. A.，和Md.法里德，D. 2020。“基于脑机接口开发虚拟球运动控制游戏”，载计算智能国际联合会议论文集．(新加坡)。607 - 16页。
[4]↑元，S. M.，蔡，L.，古特鲁夫，P.和罗杰斯，J. A. 2021。神经工程的无线和无电池技术。Nat,生物医学。Eng。doi: 10.1038 / s41551 - 021 - 00683 - 3