神經工程學（下冊）

目錄
前言
致謝
第三部分神經接口與康復
第9章腦-機接口 3
9.1腦-機接口概述 3
9.1.1腦-機接口定義 3
9.1.2早期腦-機接口 6
9.1.3腦-機接口分類 9
9.1.4腦-機接口組成 11
9.1.5腦-機接口系統(tǒng)性能評價指標 14
9.2典型的腦-機接口范式 15
9.2.1基于ERP中P300電位的腦-機接口 16
9.2.2基于SMR的腦-機接口 21
9.2.3基于SSVEP的腦-機接口 24
9.2.4基于SCP的腦-機接口 27
9.2.5其他腦-機接口范式 28
9.3腦-機接口應用及發(fā)展現(xiàn)狀 32
9.3.1國內外腦-機接口大賽 32
9.3.2腦-機接口應用領域 33
9.3.3腦-機接口應用的發(fā)展現(xiàn)狀 37
9.4腦-機接口未來的發(fā)展趨勢 41
9.4.1腦-機接口傳感器系統(tǒng)開發(fā) 42
9.4.2腦-機接口信息編解碼技術發(fā)展 44
9.4.3新型腦-機接口范式設計 45
9.4.4腦-機接口發(fā)展的未來 47
9.5本章小結 48
思考題 48
參考文獻 48
第10章植入神經接口與微系統(tǒng) 51
10.1概述 51
10.2硬件系統(tǒng)構成 52
10.2.1植入式高密度神經信號采集 53
10.2.2信號處理 54
10.2.3外界通信 54
10.2.4設備供能 55
10.2.5系統(tǒng)封裝 55
10.3神經信號解碼與反饋 56
10.3.1神經信息的編解碼 56
10.3.2神經元集群信息分析方法 57
10.3.3感覺信息再生 58
10.4植入式神經接口系統(tǒng)的應用范例 59
10.4.1植入式感覺神經假體 59
10.4.2植入式微電子神經橋 62
10.4.3神經控制假肢 64
10.5本章小結 73
思考題 74
參考文獻 74
第11章神經肌骨動力學 77
11.1神經肌骨動力學概述 77
11.1.1神經肌骨動力學定義 77
11.1.2研究內容、發(fā)展和分類 77
11.1.3研究方法——神經肌骨模型 78
11.1.4常用設備介紹 79
11.2步態(tài)分析 80
11.2.1步態(tài)分析簡介及發(fā)展 80
11.2.2基本步態(tài)特征表征 81
11.2.3步態(tài)分析方法 83
11.2.4步態(tài)分析在臨床中的應用 84
11.2.5步態(tài)識別 85
11.3肌骨系統(tǒng)中的神經控制信號——肌電信號 86
11.3.1運動控制原理 86
11.3.2肌電與肌肉收縮力 87
11.3.3肌電與肌肉疲勞 88
11.3.4肌電與腦電的相干性 93
11.4肌骨動力學模型 94
11.4.1正向動力學模型——肌電協(xié)助的肌骨模型 94
11.4.2反向動力學模型——基于靜態(tài)優(yōu)化的肌骨模型 96
11.4.3實驗方法 99
11.5神經肌骨動力學的應用 99
11.5.1機械外骨骼 100
11.5.2骨關節(jié)炎 100
11.5.3前十字韌帶損傷 101
11.5.4腦卒中 102
11.6面臨挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢 102
11.7本章小結 103
思考題 103
參考文獻 104
第四部分神經刺激與調控
第12章功能性電刺激 109
12.1功能性電刺激概述 109
12.2FES的分類 110
12.2.1FES的功能重建作用 110
12.2.2FES的功能替代作用 112
12.2.3植入式和非植入式FES 112
12.3FES作用機理 113
12.3.1FES的工作原理 113
12.3.2肌肉的募集特性 114
12.4FES的系統(tǒng)構成 116
12.4.1FES 系統(tǒng)結構 116
12.4.2電極特性與電極-組織接口 117
12.4.3FES 刺激參數(shù) 118
12.4.4反饋控制算法 120
12.5功能性電刺激的應用與發(fā)展 122
12.5.1肢體功能性電刺激 122
12.5.2心臟起搏器 124
12.5.3干擾電治療 129
12.6本章小結 132
思考題 133
參考文獻 133
第13章電磁神經調控 135
13.1經顱電刺激 135
13.1.1經顱電刺激簡介 135
13.1.2經顱直流電刺激的應用 137
13.1.3經顱交流電刺激的應用 140
13.2經頗磁刺激 141
13.2.1經顱磁刺激技術發(fā)展歷史 141
13.2.2經顱磁刺激技術作用機制 142
13.2.3經顱磁刺激器系統(tǒng) 142
13.2.4經顱磁刺激與其他神經成像手段聯(lián)用 148
13.3經頗磁刺激技術研究與應用 150
13.3.1經顱磁刺激與腦可塑性研究 150
13.3.2經顱磁刺激與腦功能定位 152
13.3.3經顱磁刺激與肌體運動康復 153
13.3.4經顱磁刺激用于神經性疾病治療 156
13.4深部腦刺激 158
13.4.1深部腦刺激研究現(xiàn)狀 159
13.4.2深部腦刺激研究內容 160
13.4.3深部腦刺激應用 161
13.5本章小結 162
思考題 163
參考文獻 163
第14章光遺傳學 165
14.1概述 165
14.1.1光遺傳學簡介 165
14.1.2光遺傳學誕生和發(fā)展簡史 166
14.2光遺傳學基本原理 167
14.2.1光敏感蛋白 167
14.2.2視蛋白靶技術 169
14.2.3光傳輸技術 172
14.2.4輸出信號檢測 176
14.3光遺傳學的應用 180
14.3.1焦慮障礙與恐懼的神經環(huán)路研究 181
14.3.2藥物成癮的神經環(huán)路 182
14.3.3抑郁的神經環(huán)路研究 183
14.3.4自閉癥和精神分裂癥的神經環(huán)路研究 184
14.3.5學習記憶研究 184
14.3.6睡眠-覺醒節(jié)律的研究 185
14.3.7在其他細胞生物學領域的應用 186
14.4光遺傳學展望 186
14.4.1促進神經工程發(fā)展 186
14.4.2光敏感蛋白的優(yōu)化和擴充 187
14.4.3反向工程 188
14.4.4時空維度上分子回路的研究 188
14.4.5光遺傳學的競爭者 188
14.5本章小結 190
思考題 190
參考文獻 190
第15章經煩超聲刺激 192
15.1經頗超聲刺激的發(fā)展 192
15.2超聲波原理 193
15.2.1超聲波的傳播及聲強 193
15.2.2邊界聲阻抗 194
15.2.3超聲波換能器 195
15.2.4超聲聚焦及分辨率 196
15.2.5超聲物理效應 197
15.3神經調控 199
15.3.1動物神經調控 199
15.3.2人類神經調控 203
15.4面臨的挑戰(zhàn)及未來方向 205
15.5本章小結 206
思考題 206
參考文獻 207
第五部分神經模擬與仿生
第16章神經假體 211
16.1感覺神經假體 211
16.1.1視覺神經假體 211
16.1.2聽覺神經假體 221
16.1.3觸覺神經假體 232
16.2運動神經假體 239
16.2.1概述 239
16.2.2仿生神經肌肉接口 242
16.2.3基于功能性電刺激的運動神經假體 245
16.3中樞神經假體 248
16.3.1概述 248
16.3.2記憶假體工作原理與結構組成 250
16.3.3記憶假體的挑戰(zhàn)與展望 253
16.4本章小結 253
思考題 254
參考文獻 254
第17章人工神經網絡 256
17.1人工神經網絡基礎 256
17.1.1人工神經網絡概述 256
17.1.2人工神經網絡發(fā)展 259
17.1.3人工神經網絡基本模型與組成要素 262
17.1.4人工神經網絡的應用 266
17.2常見人工神經網絡模型 268
17.2.1BP神經網絡 268
17.2.2Hopfield反饋神經網絡 270
17.2.3徑向基函數(shù)神經網絡 273
17.2.4自組織特征映射神經網絡 275
17.2.5對偶傳播神經網絡 278
17.2.6自適應諧振理論 282
17.2.7量子神經網絡簡介 284
17.3深度學習簡介 290
17.3.1深度神經網絡簡介 291
17.3.2監(jiān)督學習方向 291
17.3.3非監(jiān)督學習方向 293
17.3.4強化學習方向 294
17.3.5深度學習的應用 295
17.4本章小結 298
17.5思考題 299
參考文獻 299
第18章神經仿生學與智能機器人 302
18.1神經仿生學 302
18.1.1仿生學概述 302
18.1.2神經仿生學的興起和發(fā)展 303
18.2神經仿生學在智能機器人領域的應用 308
18.2.1智能機器人 308
18.2.2神經機器人 309
18.2.3類腦智能前沿熱點與研究現(xiàn)狀 316
18.3類腦智能的未來 328
18.4本章小結 329
思考題 330
參考文獻 330
第六部分神經再生與修復
第19章神經再生與修復 335
19.1概述 335
19.2周圍神經再生與修復 335
19.2.1生物可降解人工神經移植物 336
19.2.2組織工程神經 339
19.2.3周圍神經損傷 344
19.3中樞神經再生與修復 346
19.3.1神經組織移植 346
19.3.2細胞移植 347
19.3.3分子治療 348
19.3.4組織工程修復 348
19.3.5常見中樞神經損傷 349
19.4神經再生與修復展望 361
19.5本章小結 362
思考題 362
參考文獻 362
第七部分神紅程齡財及新應用
第20章神經工程前沿技術及新應用 367
20.1神經成像新技術應用 367
20.1.1功能磁共振成像 367
20.1.2腦功能成像新技術 374
20.1.3神經成像技術革新 378
20.2神經接口新技術應用 380
20.2.1神經接口促進疾病康復 380
20.2.2神經接口改善人類生活 384
20.2.3構建“大腦網絡”實現(xiàn)群體協(xié)同腦-機交互 388
20.3神經工程新應用之神經刺激與調控 390
20.3.1刺激調控與疾病 390
20.3.2刺激調控與記憶 392
20.3.3刺激調控與社會生活 393
20.3.4刺激調控與軍事 394
20.4類腦研究與人工智能 395
20.4.1大數(shù)據(jù)時代下的神經工程學 395
20.4.2神經工程學與類腦研究 396
20.