神經(jīng)工程學(xué)（下冊）

目錄
前言
致謝
第三部分神經(jīng)接口與康復(fù)
第9章腦-機(jī)接口 3
9.1腦-機(jī)接口概述 3
9.1.1腦-機(jī)接口定義 3
9.1.2早期腦-機(jī)接口 6
9.1.3腦-機(jī)接口分類 9
9.1.4腦-機(jī)接口組成 11
9.1.5腦-機(jī)接口系統(tǒng)性能評價指標(biāo) 14
9.2典型的腦-機(jī)接口范式 15
9.2.1基于ERP中P300電位的腦-機(jī)接口 16
9.2.2基于SMR的腦-機(jī)接口 21
9.2.3基于SSVEP的腦-機(jī)接口 24
9.2.4基于SCP的腦-機(jī)接口 27
9.2.5其他腦-機(jī)接口范式 28
9.3腦-機(jī)接口應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀 32
9.3.1國內(nèi)外腦-機(jī)接口大賽 32
9.3.2腦-機(jī)接口應(yīng)用領(lǐng)域 33
9.3.3腦-機(jī)接口應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀 37
9.4腦-機(jī)接口未來的發(fā)展趨勢 41
9.4.1腦-機(jī)接口傳感器系統(tǒng)開發(fā) 42
9.4.2腦-機(jī)接口信息編解碼技術(shù)發(fā)展 44
9.4.3新型腦-機(jī)接口范式設(shè)計 45
9.4.4腦-機(jī)接口發(fā)展的未來 47
9.5本章小結(jié) 48
思考題 48
參考文獻(xiàn) 48
第10章植入神經(jīng)接口與微系統(tǒng) 51
10.1概述 51
10.2硬件系統(tǒng)構(gòu)成 52
10.2.1植入式高密度神經(jīng)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(shè)備供能 55
10.2.5系統(tǒng)封裝 55
10.3神經(jīng)信號解碼與反饋 56
10.3.1神經(jīng)信息的編解碼 56
10.3.2神經(jīng)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(jīng)接口系統(tǒng)的應(yīng)用范例 59
10.4.1植入式感覺神經(jīng)假體 59
10.4.2植入式微電子神經(jīng)橋 62
10.4.3神經(jīng)控制假肢 64
10.5本章小結(jié) 73
思考題 74
參考文獻(xiàn) 74
第11章神經(jīng)肌骨動力學(xué) 77
11.1神經(jīng)肌骨動力學(xué)概述 77
11.1.1神經(jīng)肌骨動力學(xué)定義 77
11.1.2研究內(nèi)容、發(fā)展和分類 77
11.1.3研究方法——神經(jīng)肌骨模型 78
11.1.4常用設(shè)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(yīng)用 84
11.2.5步態(tài)識別 85
11.3肌骨系統(tǒng)中的神經(jīng)控制信號——肌電信號 86
11.3.1運(yùn)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(xué)模型 94
11.4.1正向動力學(xué)模型——肌電協(xié)助的肌骨模型 94
11.4.2反向動力學(xué)模型——基于靜態(tài)優(yōu)化的肌骨模型 96
11.4.3實(shí)驗(yàn)方法 99
11.5神經(jīng)肌骨動力學(xué)的應(yīng)用 99
11.5.1機(jī)械外骨骼 100
11.5.2骨關(guān)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(jié) 103
思考題 103
參考文獻(xiàn) 104
第四部分神經(jīng)刺激與調(diào)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(jī)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(gòu)成 116
12.4.1FES 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 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(yīng)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(jié) 132
思考題 133
參考文獻(xiàn) 133
第13章電磁神經(jīng)調(diào)控 135
13.1經(jīng)顱電刺激 135
13.1.1經(jīng)顱電刺激簡介 135
13.1.2經(jīng)顱直流電刺激的應(yīng)用 137
13.1.3經(jīng)顱交流電刺激的應(yīng)用 140
13.2經(jīng)頗磁刺激 141
13.2.1經(jīng)顱磁刺激技術(shù)發(fā)展歷史 141
13.2.2經(jīng)顱磁刺激技術(shù)作用機(jī)制 142
13.2.3經(jīng)顱磁刺激器系統(tǒng) 142
13.2.4經(jīng)顱磁刺激與其他神經(jīng)成像手段聯(lián)用 148
13.3經(jīng)頗磁刺激技術(shù)研究與應(yīng)用 150
13.3.1經(jīng)顱磁刺激與腦可塑性研究 150
13.3.2經(jīng)顱磁刺激與腦功能定位 152
13.3.3經(jīng)顱磁刺激與肌體運(yùn)動康復(fù) 153
13.3.4經(jīng)顱磁刺激用于神經(jīng)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(nèi)容 160
13.4.3深部腦刺激應(yīng)用 161
13.5本章小結(jié) 162
思考題 163
參考文獻(xiàn) 163
第14章光遺傳學(xué) 165
14.1概述 165
14.1.1光遺傳學(xué)簡介 165
14.1.2光遺傳學(xué)誕生和發(fā)展簡史 166
14.2光遺傳學(xué)基本原理 167
14.2.1光敏感蛋白 167
14.2.2視蛋白靶技術(shù) 169
14.2.3光傳輸技術(shù) 172
14.2.4輸出信號檢測 176
14.3光遺傳學(xué)的應(yīng)用 180
14.3.1焦慮障礙與恐懼的神經(jīng)環(huán)路研究 181
14.3.2藥物成癮的神經(jīng)環(huán)路 182
14.3.3抑郁的神經(jīng)環(huán)路研究 183
14.3.4自閉癥和精神分裂癥的神經(jīng)環(huán)路研究 184
14.3.5學(xué)習(xí)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(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 186
14.4光遺傳學(xué)展望 186
14.4.1促進(jìn)神經(jīng)工程發(fā)展 186
14.4.2光敏感蛋白的優(yōu)化和擴(kuò)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(xué)的競爭者 188
14.5本章小結(jié) 190
思考題 190
參考文獻(xiàn) 190
第15章經(jīng)煩超聲刺激 192
15.1經(jīng)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(qiáng) 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(yīng) 197
15.3神經(jīng)調(diào)控 199
15.3.1動物神經(jīng)調(diào)控 199
15.3.2人類神經(jīng)調(diào)控 203
15.4面臨的挑戰(zhàn)及未來方向 205
15.5本章小結(jié) 206
思考題 206
參考文獻(xiàn) 207
第五部分神經(jīng)模擬與仿生
第16章神經(jīng)假體 211
16.1感覺神經(jīng)假體 211
16.1.1視覺神經(jīng)假體 211
16.1.2聽覺神經(jīng)假體 221
16.1.3觸覺神經(jīng)假體 232
16.2運(yùn)動神經(jīng)假體 239
16.2.1概述 239
16.2.2仿生神經(jīng)肌肉接口 242
16.2.3基于功能性電刺激的運(yùn)動神經(jīng)假體 245
16.3中樞神經(jīng)假體 248
16.3.1概述 248
16.3.2記憶假體工作原理與結(jié)構(gòu)組成 250
16.3.3記憶假體的挑戰(zhàn)與展望 253
16.4本章小結(jié) 253
思考題 254
參考文獻(xiàn) 254
第17章人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 256
17.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 256
17.1.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述 256
17.1.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展 259
17.1.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本模型與組成要素 262
17.1.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 266
17.2常見人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 268
17.2.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 268
17.2.2Hopfield反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 270
17.2.3徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 273
17.2.4自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 275
17.2.5對偶傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 278
17.2.6自適應(yīng)諧振理論 282
17.2.7量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡介 284
17.3深度學(xué)習(xí)簡介 290
17.3.1深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡介 291
17.3.2監(jiān)督學(xué)習(xí)方向 291
17.3.3非監(jiān)督學(xué)習(xí)方向 293
17.3.4強(qiáng)化學(xué)習(xí)方向 294
17.3.5深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用 295
17.4本章小結(jié) 298
17.5思考題 299
參考文獻(xiàn) 299
第18章神經(jīng)仿生學(xué)與智能機(jī)器人 302
18.1神經(jīng)仿生學(xué) 302
18.1.1仿生學(xué)概述 302
18.1.2神經(jīng)仿生學(xué)的興起和發(fā)展 303
18.2神經(jīng)仿生學(xué)在智能機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用 308
18.2.1智能機(jī)器人 308
18.2.2神經(jīng)機(jī)器人 309
18.2.3類腦智能前沿?zé)狳c(diǎn)與研究現(xiàn)狀 316
18.3類腦智能的未來 328
18.4本章小結(jié) 329
思考題 330
參考文獻(xiàn) 330
第六部分神經(jīng)再生與修復(fù)
第19章神經(jīng)再生與修復(fù) 335
19.1概述 335
19.2周圍神經(jīng)再生與修復(fù) 335
19.2.1生物可降解人工神經(jīng)移植物 336
19.2.2組織工程神經(jīng) 339
19.2.3周圍神經(jīng)損傷 344
19.3中樞神經(jīng)再生與修復(fù) 346
19.3.1神經(jīng)組織移植 346
19.3.2細(xì)胞移植 347
19.3.3分子治療 348
19.3.4組織工程修復(fù) 348
19.3.5常見中樞神經(jīng)損傷 349
19.4神經(jīng)再生與修復(fù)展望 361
19.5本章小結(jié) 362
思考題 362
參考文獻(xiàn) 362
第七部分神紅程齡財及新應(yīng)用
第20章神經(jīng)工程前沿技術(shù)及新應(yīng)用 367
20.1神經(jīng)成像新技術(shù)應(yīng)用 367
20.1.1功能磁共振成像 367
20.1.2腦功能成像新技術(shù) 374
20.1.3神經(jīng)成像技術(shù)革新 378
20.2神經(jīng)接口新技術(shù)應(yīng)用 380
20.2.1神經(jīng)接口促進(jìn)疾病康復(fù) 380
20.2.2神經(jīng)接口改善人類生活 384
20.2.3構(gòu)建“大腦網(wǎng)絡(luò)”實(shí)現(xiàn)群體協(xié)同腦-機(jī)交互 388
20.3神經(jīng)工程新應(yīng)用之神經(jīng)刺激與調(diào)控 390
20.3.1刺激調(diào)控與疾病 390
20.3.2刺激調(diào)控與記憶 392
20.3.3刺激調(diào)控與社會生活 393
20.3.4刺激調(diào)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(jīng)工程學(xué) 395
20.4.2神經(jīng)工程學(xué)與類腦研究 396
20.