动脉网蛋壳研究院：2022脑机交互神经调控前沿进展白皮书（126页）.pdf

1、1 2 前 言 近二十年来，神经科学、计算科学、人工智能等学科飞速发展，而跨学科融合既促进了脑机接口领域突破，亦进一步推动了类脑智能、脑机融合智能等颠覆性理论与技术发展。脑机接口技术的发展进程可以分为脑控与控脑、脑机交互、脑机融合三个层次。脑控即通过脑机接口由大脑直接控制机器，控脑是应用光声电磁等物理手段对大脑功能进行神经调控，是一种单向的传输模式；脑机交互即大脑与机器之间借助脑机接口进行双向的信息传递，实现脑与机器的直接交互；脑机融合即脑与机器的深度结合，信息在脑与机器之间以极高的带宽高效传输，机器转变为大脑的延伸。脑机交互神经调控为脑疾病治疗、神经康复及精神疾病与心理健康等医疗健康领域提供

2、了突破性技术。我国正快速步入老龄化社会，阿尔茨海默病等退行性神经系统疾病为社会带来严重负担。心脑血管疾病占非传染疾病所致死亡病例的46.2%，而疾病后康复是漫长的过程。此外，社会高速发展、新冠疫情等极大加重了人们的心理负荷，全球范围内精神疾病发病率显著增高。脑疾病治疗仍面临药物匮乏、疗效有限的困境，而脑机交互神经调控将脑机接口技术与神经调控方法相结合，通过双向神经信息传递，与人工智能相融合以对神经功能进行精准调控，为脑健康干预、脑疾病治疗、脑功能康复提供了突破性的解决方案。本白皮书以前沿科研技术进展为主题，详细阐述了脑机交互神经调控技术的基本概念、分类、相关理论与技术、国内外研究进展以及全球产

3、业情况，并详细阐述了脑机交互神经调控技术在医疗健康领域的典型应用场景与应用案例。在此基础上，分析脑机交互神经调控技术产业发展现状和面临的挑战，并给出发展建议。本白皮书旨在为我国脑机交互神经调控领域的科研与产业融合发展提供参考，共同推动跨领域、跨行业产学研合作，推动脑机交互神经调控领域发展。3 撰写团队 王守岩，复旦大学类脑智能科学与技术研究院，研究员，副院长 高郑润，复旦大学附属华山医院，青年研究员 聂英男，复旦大学类脑智能科学与技术研究院，博士后 张 啟，动脉网蛋壳研究院，研究员 眭亚楠，清华大学神经调控国家工程研究中心，副教授 顾心怡，清华大学信息国家研究中心，博士后 阮梅花，中科院上海营

4、养与健康研究所生命科学信息中心，研究员 康晓洋，复旦大学工程与应用技术研究院，青年副研究员 张 园，复旦大学工程与应用技术研究院，博士生 戴 雯，复旦大学类脑智能科学与技术研究院，博士后 冯 皓，复旦大学类脑智能科学与技术研究院，中级工程师 张 敏，复旦大学图书馆，副研究馆员 戴佳月，复旦大学类脑智能科学与技术研究院，科研助理 咨询专家团队 李路明，清华大学神经调控国家工程研究中心，教授，主任 李 聪，复旦大学药学院，教授，执行院长 袁逖飞，上海市精神卫生中心，教授 陶 虎，中国科学院上海微系统与信息技术研究所，研究员，副所长 许科帝，浙江大学求是高等研究院，教授 Gerwin Schalk(

5、葛文)，Tianqiao and Chrissy Chen Institute，教授 Timothy Denison，牛津大学，教授 荣培晶，中国中医科学院针灸研究所，研究员，副所长 杨 艺，北京天坛医院，副主任医师 吴 曦，上海长海医院神经外科，副主任医师 路俊锋，复旦大学附属华山医院神经外科，副主任医师 陆蓉蓉，复旦大学附属华山医院，副主任医师 杨雨潇，浙江大学脑与脑机融合前沿科学中心，研究员 张明明，南方科技大学脑-机器人康复技术实验室，副研究员 陈 勋，中国科学技术大学电子工程与信息科学系，教授 刘佳男，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心，研究员 许凯亮，复旦大学生物医学工程中心，

6、研究员 宋恩名，复旦大学光电研究院，青年研究员 4 目 录 1.前沿科研进展.9 1.1 脑机接口领域前沿进展.9 1.1.1 脑机接口与神经调控.9 1.1.2 国内外研究进展.12 1.2 脑机交互神经调控进展.19 1.2.1 技术原理.19 1.2.2 现状分析.26 1.3 脑机交互神经调控的医疗应用前沿进展.27 1.3.1 闭环 TMS 的医疗应用.27 1.3.2 闭环 DBS 的医疗应用.28 1.3.3 闭环 SCS 技术的医疗应用.30 2.核心技术进展.34 2.1 电极.34 2.1.1 硬性电极.34 2.1.2 柔性电极.36 2.2 算法.40 2.2.1 神经