עיצוב טבלאות אלקטרוניות למכשירי תקשורת במוח-מחשב

הבנת ממשקי המוח (BCIs)

ממשקי המוח (BCIs) מייצגים את אחד הגבולות השאפתניים ביותר באינטראקציה אנושית-מכונה, המאפשר תקשורת ישירה בין רקמות עצביות ואלקטרוניקה חיצונית.בניגוד לשיטות קלט מסורתיות הנתמכות על עצבים היקפיים או שרירים, BCIs decode Brain אותות ומתרגם אותם לפקודות למחשבים, לגפיים פרוטטיביות, או מכשירים מסייעים.

סוגים של BCI Systems

(ב) הם מסווגים באופן נרחב על ידי שיטת רכישת אות.FLT:0 מערכות לא פולשניות (לא פולשניות) , כגון אלקטרונספילוגרפיה (EEG), להשתמש באלקטרודות הקרקפת כדי למדוד פוטנציאלים פוסט-סימטריים קולקטיביים מנוירונים קוטרוקליים (Crediticialdicial) אך ורקמות מיקרו-אופטימיות (Climate Cost) של LT5 (C) הן בעלות מיקרו-דלקתית של אטומית-אופטיקה נמוכה ו-דלקתית (CValvastial) או אטומית (CValvastial) של LT2, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, למערכות אלקטרו-Falvastialdialdialdialdial) של למערכות אלקטרו-Falvastialdialdialdialdialdialdialdialdialdialdialdialdialdiald) של למערכות אלקטרו-FLT5, אם היא בעלת למערכות אלקטרו-PTS, אם היא בעלת למערכות אלקטרו-PTS (D) של סימולציות) של סימולציות) של סימולציות) של

המונחים: rightalities

הממשק האלקטרוני חייב להיות מותאם למודוליות האות הספציפית. EEG ללכוד תנודות קצביות בטווח 0.5-100 הרץ, המקביל למדינות קוגניטיביות שונות (alpha, beta, gamma להקות) ECoG מספק תוכן תדר רחב יותר עד כמה מאות הרץ, המאפשר זיהוי של oscillations גבוהgamma scillations מקושר עיבוד קורטי מקומי.

המונחים: Electronic Interfaces

ממשק אלקטרוני מלא של BCI כולל מספר בלוקים פונקציונליים שצריכים לעבוד יחד בצורה חלקה.העיצוב של כל בלוק קובע את הביצועים של המערכת הכוללת ואת חוויית המשתמש.

חיישנים ואלקטרודות

חיישנים הם הנקודה העיקרית של מגע עם המערכת הביולוגית.עבור לא פולשני BCIs, <חזק>Ag / AgCl אלקטרודות> הם סטנדרטיים, המציעים נחיתות נמוכה ופוטנציאלים יציבים, אבל הם דורשים ג'ל מוליכים ו ההכנה לעור. החידושים האחרונים כוללים <חזקות> אלקטרודות> (זהב, צינורות פחמן, או מוליכים פולימרים) ללא פעילות גופנית, שיפור טווחי של תאים גמישים.

המונחים: Front-End and Signal Conditioning

אותות עצביים של Raw חלשים מאוד (מיקרווולטים עבור EEG, עשרות מיקרו וולט עבור ספייקטים) והם קבורים ברעש ממקורות ביולוגיים, פריטים תנועה, ורעש תרמי.החזית האנלוגית חייבת לכלול FLT:0ultra-noise כלי מגברי DCFLT:1 עם יחס דיסדולוגיה גבוהה (RR> 100B), רווח נמוך מאוד עבור אלקטרו-מנקה (מחדש) אפילו מנקה נמוכה מאוד.

אנליסט-to-Digital Conversion

(הסימן האנלוגי המוגדר חייב להיות דיגיטלי לעיבוד דיגיטלי. ADC sampling שערי טווח מ 250 הרץ עבור EEG עד 30 kHz לערוץ עבור הקלטות ספייק.רזולוציה משתנה: 16-24 ביטים עבור EEG כדי ללכוד את הטווח הדינמי הרחב, בעוד 12-16 סיביות מספיק עבור ספייקטים מועדפים מועדים מראש הוא גבוה.

עיבוד אותות ושחרור

לאחר דיגיטציה, ממשק אלקטרוני מבצע עיבוד אותות בזמן אמת על חומרה ייעודית (FPGAs, DSPs, או מיקרובקרים כוח נמוך כוח נמוך) צעדים נפוצים כוללים <חזק>מסנן פסים (למשל, 0.5-100 הרץ עבור EEG), <חזק>לחתוך אלגוריתמים לחץ > (באמצעות מסנני הסתגלות או תת-קרקעי), ו->לספק חזק של מחסנים אלה, באמצעות אלגוריתמים חשמליים, לעתים קרובות, באמצעות אלגוריתמים פוטנציאליים של אלגוריתמים, כגון אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים עם אלגוריתמים רגישים ל-מספקטיביים, אלגוריתמים עם אלגוריתמים עם רזולוציה גבוהה יותר (DPTIVEDIVEDIVELREF.

נהגים ומבצעים

השלב הסופי מתורגם פקודות מקודמות לפעולה.עבור מכשירים תקשורת, זה עשוי לכלול ממשק USB או Bluetooth למחשב, שליטה על ⁇ , איתות ממשק, או זרוע רובוטית.נהגי Output חייבים להתמודד עם פרוטוקול תזמון ועצלות (< 100 מ"מ בסך הכל מאירוע עצבי להפעלה נדרשת לעתים קרובות עבור אינטראקציה טבעית), ממשק עשוי להניע מנועים או מערכות haptic, הדורשות משוב חשמלי כדי למנוע אטומים חיוניים (או אטומים).

דרישות עיצוב עבור טלוויזיות

יצירת ממשק BCI שעובד באופן אמין בתחום הולך מעבר לבחירת רכיבים.כל החלטה עיצובית חייבת לשקול את הממשק בין ביצועים, בטיחות וקבלת משתמשים.

המונחים: noise Mitigation

דיוק אותות מוגדר על ידי SNR ואת היכולת לשמר תכונות עצביות רלוונטיות.EEG, למשל, סובל מממצאים שרירים (EMG), מצמצמי עיניים (EOG), והתערבות סביבתית 50/60 הרץ.כבלים חסומים 3 ותסכולים פעילים להגדרה ישירה (Driven-Right-Leg) להפחית רעש פולשני עבור BCIs, אלקטרו-de-Perfectirdicured-outirdicials (מחדש) ומשפיע על ידי שינויים ב-F Reduction) באופן אוטומטי על ידי אופטימיזציה של מערכות עיבוד (R) ו-F Reduction) ו-F Reductiond-F2 (R) שיפור באופן אוטומטי של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של לחץ דם (R) ו-F Reduction) ו-FLTDVal Reduction) באמצעות שינויים ב-F Reduction) ו-F Reduction Reduction) באמצעות שינויים מהירים (R) באופן אוטומטי של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של לחץ דם נמוכה יותר ויותר נמוך יותר ויותר של לחץ דם נמוכה יותר מקודמת חומרים מתקדמים (R) ו-FLTDValLTDLTDLTDVal Reductiond-

ביצועים ומציאותיים

(ליישומים סגורים כמו שליטה או חיזוי תפיסה, יש לשמור על השקיפות הכוללת מתחת ל-100-200 מ"מ כדי לשמור על תחושת הסיבתיות של המשתמש. Latency מצטבר מרכישת אותות, סינון, מיצוי תכונה, סיווג, ותיקון תזמון מתאים לכל שלב חייב להיות מותאם: לדוגמה, באמצעות פילטרים של אנרגיה סופית (FIR) אשר מוסיפים תגובות שלב ליניאריות יכול להפחית את העיכוב, סיווג, ומימוש של תצורה של תזמון מינימלית של 2.

בטיחות וזמינות

בטיחות היא רבת ערך, במיוחד עבור מערכות השתלות.הממשק חייב לציית לסטנדרטים של מכשירים רפואיים כגון FLT:0 ISO 13485FLT:1 עבור ניהול איכות ו-FLT:2IEC 60601FLT 3 עבור בטיחות חשמלית (חומרים חשמליים) דורשות אריזות חד-קרקעיות (למשל, טיטניום או קרמיקה) כדי להגן על זהב מפני לחות ו-ionic acids.

ניהול ועוצמה

(ב) לפני הספירה חייב להיות קטן, קל משקל, ומסוגל לפעול לפחות יום שלם על מטען יחיד. צריכת חשמל נשלטת על ידי חזית אנלוגי (עד 40% מסך) ו שידור אלחוטי (עד 30%) אסטרטגיות עיצוב בעלות כוח נמוך כוללות את FLT:0duty-cyclLT:1 האלקטרוניקה כאשר פעילות עצבית היא מתחת למתח הסתגלותי, ו- 3.

התקדמות ב- Interface Technologies

מספר פריצות דרך טכנולוגיות הופכות את אלקטרוניקה BCI, מה שהופך מערכות מעשיות יותר לשימוש יומיומי ולהרחיב את היכולות שלהם.

יבש ומיקרונודל אלקטרודות

(האלקטרודות הרטובות המסורתיות דורשות יישום ג'ל ועור רוח, מה שהופך אותם ללא תחליף לשימוש ארוך טווח או צרכנים.FLT:0Dry אלקטרודותFLT:1 נעשה מקצף מוליכים, בד ללא תשלום כסף, או מיקרו-מדומים מצופים כי ניתן להציב ישירות על הקרקפת עם מינימום של הקלה ומהירות גבוהה יותר.

אלקטרוניקה גמישה ומתיחה

(ה-PCB לא יכול להתאים את פני השטח העקומים של המוח או הראש. תת-שכבות גמישות (polyimide, PET, או חומרים biodegradable) מאפשרות אלקטרודות ועיגולים להיות מעופפים ומתמתחים, צמצום אי התאמה מכנית ושיפור יציבות ההקלטה הכרונית:0Thin-film Transistor (TFT) מערכי אלקטרו-FLT:1 יכול להיות מארגן ישירות על גבי כמה שבועות של תאים חשמליים עדינים קצרים.

Ultra-Low-Power ASICs ו-SoCs

(ב) מעגלים משולבים באופן דרמטי הפחיתו את גודל וכוח של אלקטרוניקה BCI.לדוגמה, את ה-FLT:0Nuralynx CheetahveFLT 1 ו-FLT:2Intan RHDIR3, מספק כיום אריזות בעלות גבוהה (עד 256 + מחסנים) עם פיזור חשמל של רק כמה מילימטרים משולבים באופן ספציפי (F) כדי ליצור מיפוי של 1:4N) ו-D) באופן מלא (מתאים ל-D) באופן קבוע (מתאים ל-DLCDLCDLCDI) עם , כולל מחסנים (מתאים ל-D) ו-DI) באופן מלא יותר מ-D.

Machine Learning On The Edge

(ההפצה של אותות עצביים באמצעות למידת מכונה בדרך כלל נדרשת העברת נתונים גולמיים למחשב מארח, צריכת חשמל ורוחב פסטור.חדשים מאיץ חומרה חדש עבור רשתות עצביות מבוכות וחדשניות יכול לרוץ ישירות על מכשיר BCI.לדוגמה, מערכות ספויילריות של חומרים עצביים:0Brain-Processor נבדקות מ-SenseFLT:1 שימוש במחשוב בכיתה-mory כדי לסווג תמונה ממונעת של 3GIRDI) יכולות לצמצום של רשתות מחשוב, יכולות אבטחה ו-FLT2, יכולות אבטחה, יכולות לצמצום של אבטחה.

כיוונים עתידיים

עיצוב ממשק אלקטרוני עבור BCIs מתפתח במהירות, מונע על ידי צרכים קליניים, מחקר צבאי, והתעניינות הצרכנים בנוירוטכנולוגיה.כמה כיוונים מתעוררים מבטיחים לעצב מחדש את השדה.

High-Density and High-Bandwidth Interfaces

שתלים מסחריים נוכחיים (למשל, מערך יוטה עם 100 ערוצים) הם על ידי מערכות עם אלפי אתרי הקלטה.FLT:0Neuralink של N1plantFLT:1 משתמשים בבדיקות פולימרים דקים עם 1024 אלקטרודות מותאמות אישית, הדורש רוחב פס מסיבי (עד 100b /s) עבור נתונים גולמיים.

סגור-Loop ו-Bdirectional Interfaces

למערכות עתידיות לא רק להקליט אלא גם לעורר רקמת עצבית עם דיוק גבוה.ממשקים בי-בי-קלידיים משלבים הן מגברי ההקלטות והן את מנהלי הגירוי הנוכחיים על שבב יחיד, עם ניהול זהיר של FLT:0 פיסול:0 תגליות (FLT:1) אשר ישארו את הטכניקות של ביטול ההקלטה באופן מיידי, כגון מרווחי עצבות ריק במהלך גירוי או סינון, הם קריטיים, כמו:

מכשירים אלחוטיים ושאינם ניתנים להחלפה

(ב) מלא מושתל לפני הספירה, שמתקשר אלחוטית עם תחנות בסיס חיצוניות נעות ממחקרים קליניים (FLT:0) stentrodeFLT:1, a stent-electrode ממוקם בתוך כלי דם ליד קליפת המוח המנוע, הוא דוגמה ראשית - ביטול ניתוח מוח פתוח תוך השגת שליטה מוטורית והנתונים עבור שתלים כאלה דורשים שיפורים ב-FLT1:

שיקולים תקינים ומוסריים

כפי ש-BCIs הופך להיות יותר מסוגל, מעצבים צריכים לנווט נוף רגולטורי מורכב.המנהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) מתייחס למכשירים BCI כ- Class II או Class III, הדורש בדיקות קפדניות לבטיחות, יעילות ואבטחת סייבר.ה- FDA הוציא הנחיות ל-FLT:1 על ביצוע מחקרים קליניים עבור יישומי לפני הספירה, תוך הדגשה על אי התאמה ביולוגית לטווח ארוך וניתוח של נתונים אתיים (Fneuric Data) כגון שיפור מידע על פני נתונים על פני נתונים אישיים, שיפור חיובי, שיפור אישי (R) וטכנולוגיות) על מנת להבטיח שיפור נתונים אישיים וטכנולוגיות אבטחה), וכן מידע על פני נתונים LT2, מידע על פני נתונים אחראיותרפיטימחדשניים (UN) על פני נתונים LT2, על שיפור אחראיותרפיותרפיותרפיותרפיות) על שיפור נתונים אחראים על שיפור נתונים אישיים, על מנת לבצע מחקרים קליניים עבור נתונים אישיים, על מנת להבטיח שיפור נתונים LT2, על מנת להבטיח שיפור נתונים אישיים, על מנת להבטיח שיפור נתונים LT2, על מנת להבטיח שיפור אחראיותרפיות) על מנת לבצע מחקרים קליניים עבור יישומים (R.

יישומים רפואיים וצרכנים

שוק קרוב ל-BCIs הוא שיקום רפואי: סיועי תקשורת לתסמונת נעולה (למשל, FLT:0BrainGate systemFLT:1), שליטה אסתטית ודיבור פרוזציות סבירות כגון משחקים, הכשרה קוגניטיבית, בקרת מכשירים ללא תשלום הם גם מתעוררים, מונעים על ידי ראשי לא פולשניים כמו אלה מ-F2mot: 3.

תכנון ממשקים אלקטרוניים למכשירי תקשורת במוח-מחשב הוא מאמץ רב תחומי בצומת של מדעי המוח, הנדסה חשמלית, חומרים מדע ומדעי המחשב.כפי שהשדה מתקדם מהפגנות מעבדה לכלים יומיומיים, העוצמה, הבטיחות והאינטואיציה של ממשק החומרה יקבע בסופו של דבר את האימוץ וההשפעה שלו.על ידי התמקדות בנאמנות אותות, נדיבות, יעילות אנרגיה, יעילות אנרגיה, ומהנדסים ממוקדים, יכול לבנות באמת פונקציות אנושיות ולשלוט.