上海大学杨帮华教授作“脑机接口及其精神/神经疾病辅助诊疗应用”的专题报告-k8凯发旗舰

由中国指挥与控制学会和鹏城实验室主办，cicc虚拟现实与人机交互委员会承办的2023全国虚实融合交互大会于2023年7月28-30日在中国广州举办。

2023年7月30日上午，在人机工效与交互效能增强论坛上，上海大学机自学院/医学院双聘教授、博士生导师，人工智能与医工交叉研究中心主任杨帮华教授作“脑机接口及其精神/神经疾病辅助诊疗应用”的专题报告。杨教授的分享主要围绕以下三个部分进行：（1）脑机接口介绍；（2）典型创新应用；（3）脑机工程团队工作。

图一 报告主题——脑机接口及其精神/神经疾病辅助诊疗应用

在第一部分的报告中，杨帮华教授首先对脑机接口进行了简单的介绍，从脑电信号的产生、脑机接口的基本概念、脑机接口的分类、脑电信号采集方法等方面进行了详细的说明，并指出了脑电信号采集和处理的难点之一：个体差异性，这为人脑信号的有效识别和解码带来了很大的挑战。最后介绍了脑机接口的几个常用范式：运动想象、p300、ssvep等等，并结合其团队早期的研究工作，对运动想象范式进行了更进一步的介绍。

图二 脑机接口分类

脑机接口根据其电信号采集位置的不同可分为三个类别：非侵入式、半侵入式和侵入式，而当前国内的研究多以非侵入式脑机接口为主，其优点是容易穿戴且对人体没有创伤，缺点是采集到的信号空间分辨率较差，且不够精确。而侵入式脑机接口则通过深部电极将信号采集设备侵入到大脑内部从而获得更精准的信号，但其存在一定的安全风险且不可逆。

图三 运动想象范式

运动想象范式（mi）的原理是人在想象自己肢体（或肌肉）运动但没有实际运动输出时，人的特定脑区仍会有激活。通过分析脑电信号，检测识别不同脑区的激活效果来判断用户意图，进而实现人脑与外部设备之间的直接通信与控制。目前常见的运动想象部位为：左右，右手，双脚和舌头。而杨教授团队早期的研究聚焦于运动想象中处理脑电信号的算法设计。

而在报告的第二部分，杨教授介绍了脑机接口在一些精神/神经疾病辅助诊疗中的创新应用，例如在认知/意识障碍患者、青光眼、脑卒中、戒毒成瘾和慢性疼痛等疾病的治疗，并举了几个简单的脑机接口应用例子：基于p300和ssvep范式的认知障碍检测的应用、基于ssvep范式的青光眼诊断、基于运动想象范式的脑卒中患者康复训练、基于p300的毒品成瘾程度评估及康复系统以及慢性原发性疼痛患者识别方法。杨帮华教授还进一步详细介绍了其团队开发的脑卒中患者康复训练系统。

图四 p300 ssvep-bci认知障碍检测

据世卫组织估计，全世界约有5000万认知症患者，每年新增病例1000万，而我国拥有全世界最多认知症患者。而认知障碍的诊断一直是一个巨大的临床挑战，评估无沟通能力的重度患者的认知能力和意识功能十分困难，当前已有的仅使用量表进行评估的误诊率较高。相比之下，基于脑机接口的评估已经被证实在认知症患者的检测和预后的临床应用中表现出较好的性能。

图五 基于ssvep范式的青光眼诊断

现有的其他青光眼诊断方法存在漏诊和误诊情况，容易造成严重后果，而基于ssvep脑机接口的青光眼诊断技术是通过检测视野中心闪烁以及周围区域的ssvep反应，给出患者以视觉中心位置的最大视野，与正常人的进行比对从而可以有效地辅助青光眼的诊断。

图六 基于运动想象范式的脑卒中患者康复训练

脑卒中是一种急性脑血管疾病，其发病率高和致残率高使得脑卒中康复一直是神经康复中的热点，且今年来“运动想象”疗法在脑卒中康复中逐渐被广泛应用。患者在提示下进行“运动想象”，想象自己抓网球、捏铁钉等肢体动作，脑机接口则采集脑电信号并转换为控制指令，帮助患者与外部设备交互，辅助其进行康复训练。

图七 毒品成瘾程度评估及康复系统

研究表明毒品成瘾者的p300电位成分与正常人的差异存在显著性（其 p300成分中n2及p3潜伏期较正常对照组明显延长，p3波幅降低），且这种差异证实毒品成瘾者存在认知功能损害。基于这种差异，可以有效评估患者的毒品成瘾程度以及戒毒治疗的预后评估。

图八 慢性原发性疼痛患者识别方法

针对慢性原发性疼痛（cpp）患者具有对外界刺激反应迟钝这一病情特征，设计了一种听觉oddball实验范式，通过听觉刺激激发mmn和p300成分，采集患者的脑电信号后通过比对患者与正常人脑区激活程度的差异来进行cpp患者的评估和识别。在专题报告的最后，杨帮华教授还简要地总结了其团队主要的研究方向和工作以及近年来取得的成绩。 

图九 杨帮华教授团队开发的脑卒中患者康复训练系统

杨帮华，上海大学机自学院/医学院双聘教授、博士生导师，人工智能与医工交叉研究中心主任，上海市浦江人才计划获得者，上海市五一劳动奖章获得者。主持“面向脑卒中的运动想象脑电主动迁移学习建模及结合vr康复研究”等国家自然基金3项、军民融合项目5项、省市级重点研发计划2项、重大横向项目多项，参与国家重点研发计划等项目，担任多个期刊编委和特约审稿人，支持企业获得中国首例获得脑机接口领域医疗注册证，发表学术论文110余篇，专利10余项，应邀在国内及国际会议做过40多次学术报告。

撰稿人：何婉莹