深脑接口 | 李路明团队NSR综述
如何让机器与人类的大脑深处实现交互？清华大学李路明教授研究团队在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表综述文章，介绍深脑接口（Deep Brain Machine Interface, DBMI）的发展历程与前沿进展。
脑机接口（Brain-Machine Interface或Brain-Computer Interface）为人类与机器和环境交互提供了新的维度，其对大脑的解码（读）和刺激（写）无疑将加深我们对大脑的理解。更进一步，大脑与外部“人工智能”系统的连接可以使人类更加强大，甚至让大脑“永生”。这些科学“幻想”又和对人类终极命运的思考关联起来，带来了无穷的想象空间。
现实中，脑机接口技术有助于治疗、恢复和改善人类的身体或精神功能。为实现和利用相关技术，科学家们研究电、磁、声、光等物理技术在不同层面与大脑的交互作用，如下图所示。
感知和调控人脑的常用方法（深度分布和空间分辨率）
大脑皮层长期以来一直是脑机接口研究的主要目标。研究人员通过记录多个皮层区域的神经活动，以了解人类意图，使瘫痪患者能够控制机械臂和假肢，并帮助残疾人进行有效沟通。皮层脑机接口使我们能够在实验室中解码感官和运动信号，如视觉反应、手部动作和语音等。但将这类脑机接口技术应用于患者的日常生活仍面临若干挑战。
大脑深部区域与基本生命功能密切相关。研究大脑深部区域的功能对于更好地理解大脑的运行机制非常必要。皮层下脑区是侵入式神经调控和临床神经治疗的主要目标区域。对于许多神经和精神疾病的治疗，与深部脑区进行交互作用是非常必要的手段。
深部脑区对我们的生存至关重要。在帕金森病、阿尔茨海默病、抑郁症、强迫症等多种神经和精神疾病中都观察到深部脑结构的结构和功能异常。深脑接口专注于理解和调控深部脑区的神经活动，是一个具有巨大应用潜力的新兴研究领域。
由于神经系统主要通过电信号传递信息，因此以电信号为媒介的脑机接口吸引了该领域最多的研究兴趣。下图展示了从皮层到大脑深部的主要记录和刺激方法。
脑机接口的主要电信号记录和刺激方法
除了记录和解码之外，深脑接口还能够通过提供治疗刺激来调节大脑的病理状态。先进的深脑接口技术旨在以高时空分辨率记录和解码深层神经活动，并有效配置刺激参数，从而精确调控大脑状态。由于我们对中枢神经系统的基本机制和可塑性以及适应性的理解有限，开发具有长期疗效的深脑接口仍然具有挑战性。
深脑接口的闭环控制框架
概述了当前可用于人类的基于神经电活动的脑机接口技术，及其在感知和调控大脑活动中的应用； 介绍了两种广泛使用的深脑接口系统，即深部脑刺激(DBS) 和立体定向脑电图(sEEG)，并特别关注最新的技术进展和临床应用； 分析了深脑接口被用作强大的大脑研究平台的潜力及其治疗效用； 讨论了深脑接口系统的闭环控制框架，展望了闭环深脑接口技术和临床应用的进展。
Deep brain–machine interfaces: sensing and modulating the human deep brain
https://doi.org/10.1093/nsr/nwac212