[发明专利]一种非侵入式超高密度脑电采集电极

说明书

本发明公开了一种非侵入式超高密度脑电采集电极，其结构包括空心圆柱电极装置(1)和针状电极装置(2)，所述针状电极装置(1)套装在所述空心圆柱电极装置(2)上，所述针状电极装置(1)为相对所述空心圆柱电极装置(2)上下滑动的可拆卸组合结构整。与现有技术相比，本发明极大地减小了非侵入式脑电采集电极的尺寸，可用于非侵入式超高密度BCI系统的设计，将电极间距减小至毫米级别，以提高非侵入式脑电信号的空间分辨率；同时提高了非侵入式超高密度脑电采集电极在使用时的稳定性和易用性。

技术领域

本发明涉及脑-机接口技术领域，特别是涉及一种非侵入式脑电采集电极。

背景技术

脑-机接口(Brain-Computer Interface，BCI)是一种通过检测中枢神经系统(Central Nervous System，CNS)的活动、并将其转化为人工输出来替代、修复、增强、补充或改善CNS正常输出，由此改变CNS与其内外环境之间持续交互作用的系统。具体来说，BCI不仅能够建立人脑到外部设备的连接通路，以替代、修复或者改善患者因伤病而受损的运动功能、用于特定任务环境下的外设控制，还能够实现人脑到机器再到人脑的通信，从而补充或增强人-机间的交互作用。BCI技术研究的重要意义在于：首先，将大大扩展人们与外界交流信息的能力，可能引发传统人类对外交流和控制方式或途径的革命；其次，有助于对大脑认知模式、信息流程和控制方式的深入理解，为解读大脑思维模型和意识形成机制开辟崭新的研究渠道与方法。

按照检测信号传感器的安置方式，BCI系统分为侵入式和非侵入式。侵入式BCI系统电极密度极高并且直接触神经元，避免了信号在传递过程中的衰减，从而具有较高的信噪比和良好的时间、空间及频率分辨率，能够实现精细运动控制并在三维空间、实时完成较为复杂的任务。但是，侵入式BCI系统需要进行外科手术植入电极，不仅会损伤大脑组织，还要保持长期的生物相容性，存在较大风险和技术难度，侵入式BCI技术的应用也因此受到限制。此外，有研究表明，大脑运动皮层植入电极会造成神经元损伤并且会降低运动功能，主要是会导致精细运动功能受损。

非侵入式BCI系统无需手术植入电极，易实现、安全且便携，是目前研究的重点。但是大脑皮层神经电活动所产生的信号穿过颅骨等组织层到达头皮表面时发生了严重衰减，加之容积导体效应的存在，损失了大量有关大脑皮层神经电活动信号源的时空分布信息及脑电的高频成分，这导致非侵入式BCI脑电信号的空间分辨率较低，难以实现对如手指运动等较为精细动作特征的有效提取与准确识别。因此，非侵入式BCI系统的研究有待进一步的突破，其关键在于如何有效的提高头皮脑电的空间分辨率。

目前的研究表明，对于非侵入式BCI系统，当电极间距低至毫米级别时，可提升非侵入式脑电空间采样频率，能获取脑电信号的高频成分、提高非侵入式脑电的空间分辨率。传统BCI系统电极间距在2～3厘米以上，高密度脑电电极间距可低至1.4厘米，但仍难以达到毫米级别。

如何实现一种可提高非侵入式BCI系统的电极密度的新型非侵入式超高密度脑电采集电极，是本发明亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决现有非侵入式BCI系统电极密度低，难以获取脑电信号高频成分、高空间分辨率信息的问题，本发明提出了一种非侵入式超高密度脑电采集电极，通过构建非侵入式超高密度脑-机接口系统，来提高非侵入式脑电信号的空间分辨率，并且使电极间距可降低至毫米级。

本发明为解决上述问题而采取的技术方案如下：

一种非侵入式超高密度脑电采集电极，该非侵入式超高密度脑电采集电极包括空心圆柱电极装置1和针状电极装置2，所述针状电极装置1套装在所述空心圆柱电极装置2上，所述针状电极装置1为相对所述空心圆柱电极装置2上下滑动的可拆卸组合结构；其中：

所述空心圆柱电极装置1还包括空心圆柱电极11和半透明绝缘管12，所述空心圆柱电极11嵌在所述半透明绝缘管12内腔中；