脑机接口科普0009——侵入式与非侵入式的优缺点

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在上文脑机接口科普0008——侵入式与非侵入式_sgmcy的博客-CSDN博客中，我们科普了三个术语，EEG， ECoG，LFP。并且，我们做个一个简单的划分归类，我们把EEG划分为非侵入式，把 ECoG，LFP划分为侵入式。

其实，这种划分是不严谨的。

上述的划分，就会给读者一个误解，就是认为侵入式的就是ECoG，LFP，非侵入式就是EEG.

这就涉及到数学上面的逻辑问题，和物理上面的概念问题。

数学上，从A推导得到B,不代表反过来从B也能推导得到A。 这其实就是高中数学里面讲的充分条件，必要条件以及充要条件的问题。

从语文上来描述，其实就是内沿和外含的问题。

也就是说，非侵入式，可以包含EEG，也可以包含其他的非侵入式手段。

不能等同于EEG就是非侵入式。

物理上，我们研究的方向，有几大分支，比如有电学，有磁学（也可以叫电磁学，因为电可以产生磁，磁也可以产生点），有光学，有力学，甚至还有天体物理学。。。。。

很多物理分支，都可以用来做大脑相关的研究。

比如磁学（电磁学），我们就可以使用fMRI （功能性磁共振成像）来给大脑拍片，成像。

比如光学，我们可以采用fNIRS（近红外脑功能成像）来给大脑成像。

而我们之前说的EEG,ECoG，LFP，是从物理中电学的角度来分析大脑的。

首先，各个研究都各自的优缺点。

比如，fMRI功能性磁共振成像，它是目前医院里面检查脑部疾病通常使用的。它最主要的优点就是拍的照片比较清晰（专业术语叫做空间分辨率高），也就是说，它能拍到人的大脑内部。像EEG就只能采集到大脑皮层的脑电，内部的脑电就采集不到。LFP虽然是用针插在人的脑子里。但是毕竟也是只插入到大脑皮层，也没有插入到大脑内部，也没采集到大脑内部的脑电。

也就是说，你能从不同的角度看到大脑，甚至能够看到大脑的沟回（就是大脑像黄土高原那种沟壑），你也能看到大脑哪些区域发生病变，有肿瘤啥的。

如果在大脑皮层发现肿瘤块啥的，按照前文脑机接口科普0008——侵入式与非侵入式_sgmcy的博客-CSDN博客里面发的链接视频，还可以切开头盖骨，把肿瘤切除。如果检查出来在脑子内部有肿瘤了，还是回家吧。

fMRI很明显，也有缺点啊。

第一个缺点，体积大啊，专业性特别强，需要培训后由专门的人员来使用。普通用户想自我检查一下大脑根本不可能。想带回家，或者时刻检查也不可能。这玩意不是便携的。

感受一下fMRI设备的体积。

第二个缺点，它太贵了。

一个设备动不动的几千万。医院采购这个设备，要回本，这就必然导致每次体检的时候，分担到每次检测费用上。假设一台设备1000万：

2021年磁共振成像设备（MRI）重点采购单位品牌偏好度分析 - 知乎

假设一次拍片200块一次，假设一天8小时，可以拍20个病人。那么10000000÷200÷20÷365 = 6.8年

也就是说，一个医院，不考虑盈利的情况，购买一台设备，差不多要7年左右才能回本。

所以想从事脑机接口这个行业，不一定非要从事脑电这块，也可以从事磁这块，把这个设备成本打下来，也算是功德无量的一件好事。

第三个缺点，它检查的时候身体里面不能有金属。

以前农村老大爷牙掉了，做个金属的假牙。

现在条件好了，有人心血管堵塞，安了一个心脏支架。

之前也说了，金属在磁场中，会收到力的作用，发生移动。想想看，心脏支架在血管里流动，会是一个什么恐怖的场景。

光学方面fNIRS,也有本身的优缺点。

之前脑机接口科普004——为什么Hans Berger是第一人_sgmcy的博客-CSDN博客介绍过，安杰洛·莫索（Angelo Mosso）研究高原反应对大脑血氧的变化。

我们人的脑子里面是有血液的（大家可能挺多脑溢血这个病。或者简单一点，一个人倒立，他的脸会通红，就是血液倒流到脑子里。）

在高原环境下，在撒谎，在压力比较大的情况下，人体的血红蛋白会发生变化，大脑里面的含氧量也会发生变化。

通过使用特定频率的红外线，照射到人的大脑里面，经过血液对近红外线的吸收，以及头骨的折射反射，光强会变弱。

通过检测入射光的光强以及反射回来的光的光强，就可以检测到人体的血氧变化。

这个技术有个优点，就是相对比较客观。缺点依旧是设备体积庞大，贵。而且因为是用到近红外，所以对光器件的要求比较高。

脑电是从电学的角度来研究脑机接口的。

脑电的优点是，生物体本身就会有电信号，所以直接研究电信号比较直观。其实，现在一些脑机接口产品可以做到小型化，便携式，成本也下降下来。（至少几千块钱的东西，相对于那种动不动几千万的东西，还是便宜的）。

脑电的缺点，就是它不能成像，不能像fMRI查看到大脑里面的各个物理细节。而且，当前的脑电，只能检测到大脑皮层，检测不到大脑内部。fMRI可以拍摄到大脑内部是什么样。

脑电的另一个缺点，就是脑电是微弱信号，经过头骨，会衰减。所以这对采集脑电的技术要求比较高（当然根据现在半导体技术、芯片技术的发展，这些问题都解决了）。

当然，物理学中的磁，光，声（尤其是超声），以后能不能应用到侵入式的脑机接口，这个还需要同行的进一步努力。

那侵入式和非侵入式的优缺点到底是什么呢？

非侵入式的优点：普通人群可以接受。可以进行产品落地化

非侵入式的缺点：要么就是大，要么就是贵，要么就是采集的信号不如侵入式好。

侵入式的优点：采集的信号更加准确一点（这个主要是相对于电信号而言）。

侵入式的缺点：普通民众不可接受。伦理方面，道德方面，法律方面。

过了这三关，你才可以从事侵入式的脑机接口研究。这三关已经把大部分脑机接口公司拒绝在门外了。

所以，关于侵入式和非侵入式，研究都各有优缺点。各自都在认知大脑的领域做出了一点点贡献，我们不能一味的排斥侵入式或者非侵入式。

最后，以这位大爷作为本篇文章的结尾。

这位大爷是个普通而又平凡的人，但是至少在脑机接口领域，他是国内第一例侵入式脑机接口在人体上面的实验，也因为这一点，这位大爷终将被记录在历史浩瀚的长流中，终将变成天上的一颗星星，散发微弱的一点光。