NSC正子刊连续发 | 这个领域为何如此受顶刊的垂青

小奇

2020-04-27

随着智能化的发展，人机交互技术逐渐成熟，人们逐渐掌握和控制人体的微量生理信号，并对它进行利用，进而改善人类的生活质量和生命健康等方面。近年来，脑机接口（brain-computer interface，BCI）和人机接口（Human Machine Interface，HMI）研究领域非常热门，在各大顶级期刊都可以看到它们的身影，如下面3篇发表在Cell，Nature Biomedical Engineering和Science Robotics上，发表时间仅相隔3天，下面就来看看这个领域是如何受顶级期刊垂青的！

我们先来视觉性看看脑机接口能干什么事？从下面一个小视频即可略知一二，它可以帮助瘫痪患者重新获得运动能力和感知能力，帮助患者完成日常任务，具有非常实际应用前景！

源自cell

以下是为近期发表在NSC正子刊上的论文：

1. Cell：使用感觉运动的多路分解神经接口恢复触摸感

脊髓损伤（SCI）后，可以使用脑机接口（BCI）增强瘫痪的肌肉，以单独增强运动功能。重要的是，触摸感是运动功能的关键组成部分。于此，美国Battelle 纪念研究所Patrick D. Ganzer等人证明具有临床完整SCI的人类参与者可以使用BCI利用他自己手中的残余触摸信号，可同时恢复运动功能和触觉。

本文要点：

1）在初级运动皮层（M1）中，残余的感觉下手触摸信号同时与正在进行的传出运动意图多路分离，从而实现皮层内控制的闭环感觉反馈。使用闭环多路分解BCI几乎完全恢复了检测物体触摸的能力，并显着改善了几种感觉运动功能。

2）还可以从M1解码传入的握力强度级别，从而可以通过触摸信号调节握力。这些结果表明，可以从皮层解码知觉下的神经信号，并将其转化为意识知觉，从而显着增强功能。

Ganzer PD, et al. Restoringthe Sense of Touch Using a Sensorimotor Demultiplexing Neural Interface. Cell2020.

https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.054

2. Nature Biomed. Eng.:通过对齐神经活动的低维空间来稳定脑机接口

神经记录的不稳定性会使临床脑机接口（BCI）无法控制。于此，美国卡内基梅隆大学Byron M. Yu等人表明，低维神经流形（描述神经元之间特定相关模式的低维空间）的对齐可用于稳定神经活动，从而在记录不稳定的情况下保持BCI性能。

本文要点：

1）研究人员在存在严重和突然记录不稳定的情况下，通过皮质内BCI在线光标控制过程评估了非人类灵长类动物的稳定器。稳定的BCI在不同的不稳定条件下和多天内恢复了有效的控制。

2）稳定器不需要了解用户意图，并且可以胜过监督的重新校准。即使神经活动几乎没有关于光标移动方向的信息，它也能稳定BCI。稳定器可适用于其他神经界面，并可提高BCIs的临床可行性。

Degenhart, A.D., et al.Stabilization of a brain–computer interface via the alignment oflow-dimensional spaces of neural activity. Nat Biomed Eng (2020).

https://doi.org/10.1038/s41551-020-0542-9

3. Science Robotics：汗液驱动的柔软电子皮肤，具有用于人机接口的多路复用和无线感应

现有的电子皮肤（e-skin）传感平台配备有利用电池供电或近场通信监测物理参数的设备。要使e-skins应用于下一代机器人和医疗设备，它们必须是无线操作和自供电的。然而，尽管最近努力从人体中获取能量，但是由于缺乏连续的能量来源和有限的功率效率，具有通过蓝牙通信执行生物传感的自供电电子皮肤受到了限制。

于此，加州理工医学工程系高伟课题组报道了一种灵活的、完全由汗液驱动的集成电子皮肤（PPES），用于多重代谢原位传感。

本文要点：

1）无电池电子皮肤包含多模式传感器和高效的乳酸生物燃料电池，使用零到三维纳米材料的独特集成，以实现高功率强度和长期稳定性。

2）PPES在未经处理的人体体液（人体汗液）中为生物燃料电池提供了创纪录的3.5毫瓦·平方厘米的功率密度，并在60小时的连续运行中显示出非常稳定的性能。它可以在长时间体力活动期间有选择地监测关键代谢分析物（如尿素、NH⁴⁺、葡萄糖和pH值）和皮肤温度，并使用蓝牙将数据无线传输到用户界面。PPES还能够监测肌肉收缩，并作为人体假肢行走的人机接口（human-machineinteraction, HMI)。

Yu Y, et al. Biofuel-poweredsoft electronic skin with multiplexed and wireless sensing for human-machineinterfaces. Science Robotics. 2020;5(41):eaaz7946.

DOI:10.1126/scirobotics.aaz7946

https://robotics.sciencemag.org/content/5/41/eaaz7946