Beyin-Bilgisayar Ağlarını Anlamak (BCIs)

Beyin-Bilgisayar Interfaces (BCIs) insan-makine etkileşimindeki en hırslı sınırlardan birini temsil eder, sinirsel doku ve dış elektronik arayüzler arasındaki doğrudan iletişim sağlar ve periferik sinir veya kaslara güvenen geleneksel giriş yöntemlerinden farklı olarak, BCIs decode beyin sinyalleri ve onları bilgisayarlar, prosthetic uzuvlar veya yardımcı cihazlar için komutlar olarak çevirir.

BCI Systems Türleri

BCIs, sinyal satın alma yöntemiyle geniş bir şekilde sınıflandırılmaktadır.ETHFLT:0)Non-vazif sistemler[Dönetici) gibi, elektroenseografi (EEG), kollektif nöronların optik nöronları ölçmek için kafa karıştırıcı elektrotlar kullanır, beyin dokusunun bireysel nöronlardan veya küçük uzaysal çözünürlükten kaydına kadar kaydetmesi ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yer alan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yer alır.

Neural Signal Modalities

Elektronik arayüz belirli sinyal modality için uygun olmalıdır. EEG, yerel kortal işleme ile bağlantılı yüksek eşleme devrelerinin tespitini sağlar.Invasküler eylem potansiyelleri (spikes) ve yerel alan potansiyelleri, yüksek örnekleme oranları gerektiren (10-30 kHz) ve özel amplifik devreler, her modality, dinamik aralıklarda, dinamik aralıklarda ve yerel ses kayıtların kaydedilmesini sağlar.

Elektronik Arabulucuların Anahtarları

Tam bir BCI elektronik arayüzü, birlikte sorunsuz bir şekilde çalışmalı birkaç işlevsel blok içerir. Her blok tasarımı genel sistemin performansını ve kullanıcı deneyimini belirler.

Sensörler ve elektrotlar

Sensörler biyolojik sistemle birincil temas noktasıdır.In non-vazif BCIs, Düşük potansiyeller sunar, ancak iletken jel ve deri hazırlığı gerektirir.Son zamanlardaki yenilikler

Analog Front-Bit ve Signal Duruming

Raw sinir sinyalleri son derece zayıftır ( EEG için mikrovoltlar, yüksek ortak mod reddedilme oranı (CMRR > 100 dB), programlanabilir kazanç ve anti-aliasing filtreler. çok düşük güç tüketimi için tasarım (often:0)

Analog-to- Digital Transformation

Durumlu analog sinyal dijital işleme için sayısallaştırılmış olmalıdır. ADC örnekleme oranları, EEG için kanal başına 30 kHz'ye kadar kanal başına 30 kHz'ye kadar uzanır. Karar gereksinimleri değişir: EEG için yüksek dinamik aralığı yakalamak için 16-24 bit, 12-16 bitleri yükseltilmeye yetecek kadar yüksek olsa da, ön kazananlar çok kanallık için tercih edilir.

Dijital İşaret İşleme ve Dekoding

Dijitalleşmeden sonra, elektronik arayüz, belirli donanım üzerinde gerçek zamanlı sinyal işleme gerçekleştirir (FPGAs, DSPs veya düşük güç mikrokontrolleri). Ortak adımlar bant-pass filtreleme Özellikler lineer diskrim|tavatif sistemler veya kaldırma) ve

Çıktı Sürücüler ve Akıcılar

Son aşama, eylemlerin kodlanması anlamına gelir. İletişim cihazları için, bu, bir USB veya Bluetooth arayüzü bir bilgisayara, bir cursor, yazım arayüzüne veya robotik kol. Çıktı sürücüleri, elektriksel olarak izole edilmiş zaman ve geç saatler (< 100 ms toplam sinirsel olaydan cihaza geçiş yapmak için gerekli olan) genellikle doğal bir hata meydana gelmelerini engellemek için gereklidir.

Elektronik Arabiler için Tasarım

Alanda güvenilir olarak çalışan bir BCI arayüzü oluşturmak, bileşenleri seçmekten öteye gidiyor. Her tasarım kararı performans, güvenlik ve kullanıcı kabulü arasındaki etkileşimi dikkate almalıdır.

Signal Truth ve Gürültü Mitigation

Signal doğruluk SNR tarafından tanımlanır ve ilgili sinir özelliklerini koruma yeteneği. EEG, örneğin, kas eserlerden (EMG), göz kırıklıkları (EOG), ve çevresel şampanya müdahalesi gerektiren kablolar ve aktif zeminleme (Driven-right-Leg devre) yaygın olarak azalır.[tr|envaziv olmayan elektrot-düşük arabirimleri doğrudan zaman içinde dalgalama ve değişiklikleri azaltır.

Latency ve Real-Time Performans

Kontrol veya nöbet tahmin gibi kapalı-loop uygulamaları için, her aşama optimize edilmelidir: örneğin, doğrusal faz yanıtlarının grup gecikmesini sağlamak ve Bluetooth FPGA'nın sınıflandırması için zaman ayırın. Sert gerçek zamanlı kısıtlamalar ve çıkış aktarımı gerekir.

Güvenlik ve Biyokompatability

Güvenlik önemlidir, özellikle de implant edilebilir sistemler için. arabirim, elektrik güvenliği için tıbbi cihaz standartlarına uymalıdır:0)ISO 13485) Kalite yönetimi ve İZFLT:2)IEC 60601[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSTRÜSÜSÜSÜye Olmayanlar için, elektrotetik ambalajlar veya kaplamalar) ve optik cihazlara karşı koruma sağlar.

Portability and Power Management

EĞİTİM BCIs küçük, hafif ve en az bir gün tek bir şarjda çalışma yeteneğine sahip olmalıdır. Güç tüketimi, analog ön uç (toplamalı) ve kablosuz iletim (% 30'a kadar) Low-power tasarım stratejileri dahil edilmiştir.[0] vücut ısısı veya hareket eden devreler için otomatik olarak otomatikleştirilmiş bir kablolama sistemi kullanarak elektronik devreleri kullanarak, derin uyku modları kullanarak, yüksek çözünürlükte bir şekilde birleştirilebilir hale getirebilir.

Interface Technologies'de ilerlemeler

Çeşitli teknolojik atılımlar BCI elektroniklerini dönüştürmek, günlük kullanım için daha pratik hale getirmek ve yeteneklerini genişletmektir.

Kuru ve Mikroneedle elektrotlar

Geleneksel ıslak elektrotlar jel uygulama ve deri aşınması gerektirir, onları uzun süreli veya tüketici kullanımı için uygun olmayan hale getirirler. [FONT:0]Dry elektrotlar ), iletken kumaşlar veya mikro-makücretsiz pronglar, yüksek çözünürlükte, silikon veya hareketsiz yüzeyler için daha düşük maliyetli hale getirirler.

Esnek ve genişletilebilir Elektronik

Rijit PCBler, beyin veya kafanın eğriliğine uygun olamaz. Esnek substratlar (poliimide, PET, veya biyodegradable malzemeler) elektrotlar ve devreleri bükmeye ve genişletmeye izin verir, mekanik yanlışlık ve kronik kayıt stabilitesini azaltır.(TFT)Thin-film transistör (TFT) dizileri (Döneticileri için doğrudan monte edilebilir, yüksek çözünürlükte ECoG ızgaralarını uzun süre boyunca optimize edebilir.

Ultra-Low-Power ASICs ve SoCs

Özel entegre devreler, BCI elektroniklerinin boyutunu ve gücünü dramatik bir şekilde azaltmıştır. Örneğin, [[DüzDÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ

Edge'de Makine Öğrenme

Makine öğrenimi kullanarak sinir sinyalleri genellikle ham verileri barındırmak için, güç ve bant genişliği kullanmak zorunda kalır. Ek olarak, BCI cihazı üzerinde doğrudan çalıştırılabilir ve aşağıdaki gibi, gizliliği artırır ve kapalı-loop uygulamaları SynSense[FONT=) ile alt-milliwatt güç için motor görüntüleyicileri sınıflandırmak için.Bu tür kenarlar için doğrudan çalışır.

Future Yol Tarifi

BCIs için elektronik arayüz tasarımı hızla gelişmektedir, klinik ihtiyaçlar, askeri araştırma ve nöroteknolojiye olan ilgi ile geliştirilmiştir. Alanı yeniden şekillendirmeye söz eden birkaç yol.

Yüksek-Density ve High-Band Wide Interfaces

Mevcut ticari implantlar (örneğin, 100 kanalla Utah serisi) ham hızlı veri için binlerce kayıt sitesi tarafından süpersedilir.0)Neuralink'in N1 implantı), bu yüksek çözünürlükteki elektrotlarla ince filmli prototipleri kullanır, bu kadar çok yönlü bantlı (örneğin 100 Mb /s) için gerekli olan optik bağlantı için (örneğin, optik kablolar veya optik kablolar için gerekli olan).

Kapalı-Loop ve Biyöneysel Interfaces

Future sistemleri sadece kayıt değil, aynı zamanda yüksek hassasiyetle sinir dokuyu da teşvik edecektir. Biyönel arayüzler hem kayıt amplifikatörleri hem de mevcut uyarı sürücüleri tek bir çip üzerinde entegre eder, dikkat çeken bir GET:0) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

Kablosuz ve Implantable Nörodevices

Tam implantable BCIs, motor kortektine yakın bir kan damarı ile iletişim kuruyor, bir asal örnektir - açık beyin cerrahisi sonrası kontrole devam ederken. Telgrafi[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) Bu implantlar için kablosuz güç ve veri transferi, motor kortatif bağlantı verimliliği[Döneticileri)[Dönlendirmek için kullanılan bir bağlantı cihazı ve tekneye yerleştirilir.[Dörtücükler için standarttır.

Düzenleme ve Etik

BCIs daha yetenekli hale geldiğinde, tasarımcılar karmaşık bir düzenleyici manzaraya yol açmalı. ABD Gıda ve İlaç Yönetimi (FDA) BCI cihazları Sınıf II veya Sınıf III tıbbi cihazlar olarak sınıflandırır, güvenlik, etkinlik ve siber güvenlik sorunları için titiz bir test gerektirir (neural veriler ortaya çıkarabilir) DÖRTÜŞÜNCÜCÜDÜSÜŞÜNCÜCÜSÜŞÜNCÜCÜŞÜNCÜSÜŞÜNCÜSÜŞÜNCÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

Tüketici ve Tıbbi Uygulamaları

BCIs için yakın vadeli pazar tıbbi rehabilitasyonda: Oyun, bilişsel eğitim ve el-özgür cihaz kontrolü gibi iletişim yardımı da ortaya çıkmaktadır:0)BrainGate sistemi[Dönetici: 1) ve konuşma prostic uzuv kontrolü, ve konuşma prospektifleri[thes.) ve bu ürünler için, elektronik arayüz, güvenilir olmayan teknolojiler tarafından yönlendirilmelidir.

Bilgisayar-bilgisayar iletişim cihazları için elektronik arayüzler tasarlamak, sinirbilim, elektrik mühendisliği, malzeme bilimi ve bilgisayar bilimleri arasındaki bağlantıda çok disiplinli bir çabadır. Alan, laboratuvar protestolarından günlük araçlara kadar ilerlemeler, sağlamlık, güvenlik ve donanım arayüzünün sezgiselliği nihayetinde kabul ve etkisini belirleyecektir.