脑机接口科普0008——侵入式与非侵入式

本文禁止转载！！！！

今天，我们要学习三个词：EEG,ECoG，以及LFP

这三个缩写词，跟我们要讨论的侵入式脑机接口与非侵入脑机接口有关。

什么是侵入式脑机接口？

就是把你大脑扒拉开，然后对你脑子做点操作，这个就是侵入式。

顾名思义：凡是，对人的大脑做手术的，无论是大手术，还是轻微的微创手术，这个就是侵入式的。因为“侵犯”你的大脑了。

那什么是非侵入式脑机接口？

很简单，与侵入式对应，非侵入式就是不需要做手术。

上面这张图，是人的大脑的横切面图。上面标明了数字1、2、3

其中数字1 所在的位置就是对应的EEG ，是非侵入式的。数字2和3 所在的位置，就是对应的侵入式的，数字2代表的是ECoG,数字3代表的是LFP。

从上图来看，最上面，是人的头皮。这个人的头皮，我们用手可以摸到。这个头皮上长了我们的头发（当然也有人剃光头。。。。）

如果用手术刀，把你的头皮给割开，还没有一下子看到你的头骨（就是骷髅头那个骨头）。你会看到有一点点软组织覆盖在头骨上面。

再切开这个软组织，你就会看到头骨。

人类的头骨很结实，紧密程度非常好。一般情况下，很难用工具把这个头骨完整的打开。

所以如果你有机会去医院的脑科，看看做的脑科手术，那里面的医生都会准备锯子，铁铲，钢钉。。。。。。这些玩意。不知道的还以为这些医生是做木工的。

做脑科手术很简单粗暴，用电锯，把头盖骨锯下来，或者用个小锤子把头盖骨敲个洞，然后做手术，昨晚手术之后，再用钢钉把头盖度钉起来。

因为我不是专业的医生，所以有些专业的器材描述，可能不是那么专业，从外行的角度，就这么叫这些工具了。

由于真实的脑子打钢钉，比较血腥，一些人看了之后会有心理不适感，因此，给大家附了上图一个3D效果图。

如果要完整的看脑科手术如何取出肿瘤的，请参看这个视频：

3D动画展示，带你了解开颅手术的全过程，大脑里原来是这样的,科学,科普,好看视频

 把头骨打开之后，会看到有个硬脑膜。

硬脑膜很薄，下面你就可以看到大脑皮层了。

什么叫大脑皮层？

就是这玩意。就是大脑皮层。

既然有大脑皮层，那是不是有“大脑内层”？ 

那当然是有了

上图中最大的一块粉红色的东西，就是大脑皮层。大脑皮层包裹了一些东西，这些东西在大脑内部，里面包含了垂体、丘脑等等。这些东西有一些用处，后面会介绍。

总之，大脑皮层发育的越好，一般这个动物群体就越聪明。

有些动物就只有大脑里面的东西（俗称爬行脑，所谓的爬行脑，就是所有爬行动物都具有的大脑组成部分），有些动物大脑外面的东西（大脑皮层）就没发育好，没发育的像人类那么完善，因此，没有人类聪明。

上面那个大脑你看起来五颜六色的，其实，大脑是白色的。

像豆腐花一样。

之前看吴京演的一个特种兵电视剧，里面的教官有天突然请大家吃豆腐脑，所有人都乐乎的吃起来，吴京不肯吃。后来教官带他们去枪毙现场，现场观看枪毙死刑犯。那些吃了豆腐脑的人，现场都吐了。

其实大脑里面都是脂肪。很厚很厚的脂肪。而且大脑是没有痛觉神经的。

所以，你可以看到一边做脑科手术，一边弹吉他：

新闻链接：音乐老师患上“音乐家手”，边弹吉他边进行开颅手术

 因为感觉不到疼痛感，所以可以一边做手术一边弹吉他。

介绍完以上的，就可以介绍三个专有名词了：EEG,ECoG，以及LFP

再继续看本文第一张图：

图中数字1、2、3其实就是电极。

什么是电极？就是小铁片。铁片是可以导电的。小铁片就可以采集到电信号，并且导电，把电信号传输出去供人分析，画出脑电图。

事实上，实际采集的脑电的时候，不可能仅仅是采用一个小铁片作为电极。有其他复杂材料做成导电的东西作为电极。

如果这个电极，贴在人的头皮，像图中1所示，那么这个采集到的脑电信号，就叫做EEG.

如果扒拉开你的头盖骨，看到你白花花的像豆腐花一样的脑子的时候，在你的白花花的像肠子一样脑子表皮放个像芯片一样的电极，那么这时候采集到的脑电，就叫做ECoG.

如果扒拉开你的头盖骨，看到白花花的脑子后，还觉得不过瘾，采用像图中3 一样的小针一样的电极，实实在在插进去，插到你白花花的豆腐花里面（是不是感觉到脑子一紧！！！！），这时候，采集到的脑电，就叫做LFP。

很明显，第一种EEG，不需要做手术开颅，是非侵入式的。

第二种ECoG和第三种LFP，是需要做手术的，是侵入式的。

很明显，1、2、3种，普通人是越来越不能接受。

讲到第二种的时候嘛，普通人还稍微能接受，因为我们经常看到一些电影，特工就会在皮肤表面安插一个芯片，用于窃听，定位啥的。

讲到第三种的时候，普通人是完全不能接受的。用个头发丝那么细小的像针一样的东西，插入到脑子里。菊花都一紧是吧。你都会莫名的感觉到疼痛（实际上，你感觉不到疼，因为刚才说了，大脑里面是脂肪，没有痛觉神经）。

EEG ,英文单词electroencephalograpm.取的是这个英文单词的三个字母。

electro是代表电，电子相关的

encephalon是代表脑

grapm是代表图

所以EEG就是脑电图。

ECoG,英文单词是： e lectro co rtico g raphy

co rtico代表是皮质的。

所以ECoG是皮层脑电信号。（正好对应的是电极贴在大脑的表面皮层）

LFP，英文单词是 l ocal f ield p otentials。翻译过来就是局部场电位。

为什么上图中LFP前面还会有个英文单词spikes（尖峰，或者叫尖峰电位）？

首先解释一下spikes 尖峰电位。

大脑的神经元会进行放电。我们知道，家里普通的电灯开关在开关的时候，还会产生电火花（这个所谓的电火花，就是尖峰，瞬间电压很大）。

那脑电的神经元在放电的过程中，也会产生一个尖峰。如果用一个小针一样的电极插入到人的脑子里面，就会采集到这个尖峰电压（spikes）.

其次，解释一下LFP局部场电位。这个词需要分解为三个来解释。

第一，局部。图中那一排排针，插入到人的脑子里面，图中看起来很大，实际没多大，就那么一小块。也就是说，这个一排针一样的电极，就采集到人的大脑那么一小块区域的脑电信号，别的大脑的脑电信号它也采集不到。所以叫局部。通俗的解释就是，大脑是个球，面积是100平方厘米的话，它采集到的区域可能才有1平方厘米。

第二，场。场这词语，来源于物理。有电场，有磁场。甚至还有所谓的气场。

物理学中，对场的定义是：指某种空间区域，其中具有一定性质的物体能对与之不相接触的类似物体施加一种力。

也就是说，这个针，插入到人的脑子里面，插入到神经元之间了（神经元是细胞，很小很小的），这个针，毕竟还是人的肉眼可见的。然后这个神经元放电，放的电，就会被这个针捕获到（有点类似于避雷针一样）。那么这个电场，其实就是对这个针做了一些动作，施加了一些力。（我们都知道，电磁是不分家的，电磁是可以互相转换的，电场和磁场都会对里面的东西施加力的作用）当然了，这个力很小，小到怎么测量，都是一个问题。

所以，这就是LFP里面的场。

第三个，就是电位。上面说了，神经元放电，会产生电压。

综上所述，为什么LFP 会写成S pikes & LFPs ? 就是因为电极插入到人脑子里面，可以采集到神经元尖峰放电，可以在神经元尖峰放电这个场中采集到电信号。而且采集到的电信号，只局限在一个小区域里，所以叫做局部场电位。

所以，后面如果你在读书的时候，或者在听别的学者专家做报告的时候，听到EEG，ECoG，和LFP的，你就知道，这三个玩意讲的是啥。

最后，以一张国内做侵入式脑机接口的图片作为结束。看到这个大爷的头顶上的东西了吗？这个就是上文说的小针（专业术语叫做犹他针），实实在在的插入到大爷的脑子里了。是不是感觉到很恶心？是不是感觉到身体很不适？ ：

恶心和不适是正常的。学医的人接触到的恶习的事比你多了去了，你仅仅看的是图片，人家看的是实实在在的实物。

人总要学会接受不适应的东西的。