中新网北京3月25日电 (记者 孙自法)将大脑与机器建立联系的脑机接口技术和设备，近些年来广受关注。不过，相关设备的小型化乃至可穿戴化，一直受重量、能耗、体积等因素限制，吸引科学家们持续研究攻关。 脑科研新工具
中国科学院自动化研究所(自动化所)3月25日向媒体发布消息说，该所脑网络组与脑机接口北京市重点实验室最近取得一项突破性进展，他们成功研制全球首款电池供电的可穿戴阈上重复经颅磁刺激设备(rTMS)，可实现在家庭、社区等场景下使用，将为抑郁症、脑卒中、成瘾等精神疾病患者带来更便捷、更有效的治疗选择，也为脑科学研究提供新的工具。
这项脑机接口技术及设备研发领域的重要成果论文，已于近日在国际学术期刊《自然—通讯》(Nature Communications)发表。最新研发的可穿戴rTMS设备，其功耗、重量降至进口商用设备的10%以下，并保持和现有传统商业rTMS设备十分接近的性能。
突破两大难题
中国科学院自动化所研究团队介绍说，传统rTMS设备的脉冲发放频率很高(可达50赫兹以上)，在线圈中产生几千安培的电流，设备功率在数千瓦，配套的电源和散热设施使得设备重达数十公斤，极大限制了其在临床和科研中的灵活应用。因此，如何将rTMS设备小型化甚至实现可穿戴，是科研人员和工程师致力解决的技术难题。
在本项研究中，研究团队突破了轻量级磁芯线圈设计、高功率密度高压脉冲驱动技术两大难题。轻量级磁芯线圈将单脉冲的能量损耗降至传统商用rTMS设备的1/10以下，最大功率由10千瓦降至800瓦，同时刺激强度和线圈重量维持不变。高功率密度高压脉冲驱动技术将驱动器的功率密度提高至传统商用rTMS设备的10倍以上，将主机的重量由55公斤降至3公斤并由电池供电，实现全场景的可穿戴应用。人体试验显示，该设备成功诱发手部和腿部的运动诱发电位，首次在自由行走过程中实现rTMS设备神经调控，揭示中枢神经系统和不同肢体肌肉活动之间的动态相互作用。
巨大应用潜力
研究团队表示，可穿戴rTMS设备在临床和科研中具有巨大的应用潜力。一方面，它为抑郁症等神经精神疾病治疗提供全新场景的解决方案，实现患者随时、随地、随身使用，显著扩大受众群体，降低就医成本并提高治疗效果。另一方面，该设备为研究自然场景下脑功能的动态变化提供全新工具，有助于因果验证自由运动过程中不同脑区的功能。
研究团队还透露，他们研发的可穿戴rTMS设备，未来可与脑电、近红外等非侵入式脑信号检测技术结合，让闭环脑机接口从实验室走向真实场景的大规模应用成为可能。(完)
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中新网北京3月25日电 (记者 孙自法)将大脑与机器建立联系的脑机接口技术和设备，近些年来广受关注。不过，相关设备的小型化乃至可穿戴化，一直受重量、能耗、体积等因素限制，吸引科学家们持续研究攻关。
脑科研新工具
中国科学院自动化研究所(自动化所)3月25日向媒体发布消息说，该所脑网络组与脑机接口北京市重点实验室最近取得一项突破性进展，他们成功研制全球首款电池供电的可穿戴阈上重复经颅磁刺激设备(rTMS)，可实现在家庭、社区等场景下使用，将为抑郁症、脑卒中、成瘾等精神疾病患者带来更便捷、更有效的治疗选择，也为脑科学研究提供新的工具。
这项脑机接口技术及设备研发领域的重要成果论文，已于近日在国际学术期刊《自然—通讯》(Nature Communications)发表。最新研发的可穿戴rTMS设备，其功耗、重量降至进口商用设备的10%以下，并保持和现有传统商业rTMS设备十分接近的性能。
突破两大难题
中国科学院自动化所研究团队介绍说，传统rTMS设备的脉冲发放频率很高(可达50赫兹以上)，在线圈中产生几千安培的电流，设备功率在数千瓦，配套的电源和散热设施使得设备重达数十公斤，极大限制了其在临床和科研中的灵活应用。因此，如何将rTMS设备小型化甚至实现可穿戴，是科研人员和工程师致力解决的技术难题。
在本项研究中，研究团队突破了轻量级磁芯线圈设计、高功率密度高压脉冲驱动技术两大难题。轻量级磁芯线圈将单脉冲的能量损耗降至传统商用rTMS设备的1/10以下，最大功率由10千瓦降至800瓦，同时刺激强度和线圈重量维持不变。高功率密度高压脉冲驱动技术将驱动器的功率密度提高至传统商用rTMS设备的10倍以上，将主机的重量由55公斤降至3公斤并由电池供电，实现全场景的可穿戴应用。人体试验显示，该设备成功诱发手部和腿部的运动诱发电位，首次在自由行走过程中实现rTMS设备神经调控，揭示中枢神经系统和不同肢体肌肉活动之间的动态相互作用。
巨大应用潜力
研究团队表示，可穿戴rTMS设备在临床和科研中具有巨大的应用潜力。一方面，它为抑郁症等神经精神疾病治疗提供全新场景的解决方案，实现患者随时、随地、随身使用，显著扩大受众群体，降低就医成本并提高治疗效果。另一方面，该设备为研究自然场景下脑功能的动态变化提供全新工具，有助于因果验证自由运动过程中不同脑区的功能。
研究团队还透露，他们研发的可穿戴rTMS设备，未来可与脑电、近红外等非侵入式脑信号检测技术结合，让闭环脑机接口从实验室走向真实场景的大规模应用成为可能。(完)
【编辑:李润泽】