生物与医学工程公共实验中心介绍篇之二

北京理工大学“生物与医学工程公共实验中心”始建于年，是依托工信部重点实验室高规格建设的校级科研实验中心。现有实验面积近m2，已到位仪器设备45台套，总价值余万元，规划的10个平台已初具规模，是学校双一流建设、科学研究及人才培养的重要基地。

目前，十大功能平台包括生物学方向的“生物诊疗与分子医学平台”、“显微镜及细胞培养平台”、“蛋白质鉴定与功能平台”、“动物学习与记忆平台”、“空间生物安全与防控平台”；和生物医学工程方向的“脑功能与神经工程平台”、“人体机能分析与放生平台”、“多GPU生物医学超算平台”、“生物传感与微弱电信号平台”、“医工微精加工平台”。

上期我们跟大家介绍了生物学方向的“生物诊疗与分子医学平台”，这次带大家来了解一下中心生物医学工程方向的“脑功能与神经工程平台”。

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平台建设背景

生命科学发展日新月异，但神经科学仍是生命科学研究中未知最多的领域。神经系统的发育、学习与记忆的形成、高级认知功能的建立、脑的衰老等重大问题均与人类社会发展密切相关，且都没有得到很好解决。神经科学研究既是具有重大理论意义的基础研究前沿，也是防治神经精神性疾病、保障人类健康的国家战略需求，被认为是最令人兴奋的研究领域之一。

“脑功能与神经工程平台”研究聚焦于神经科学的基础问题和脑疾病的发病机制，主要研究感觉系统疾病、神经变性病和情感认知障碍等病理形成的分子、细胞和神经网络机制，并在此基础上探索用于诊断、防治和治疗的新技术和新靶点。平台不仅支持系统前瞻性的神经生物学基本理论研究，也鼓励利用基本理论进展和先进技术对神经系统疾病机理进行前沿性探索，为药物开发和智能技术的发展提供理论基础，从而为人类认识大脑、开发大脑和防治神经系统疾病做出贡献。

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平台概况

平台以探索脑的结构、功能和神经回路在生理病理转变过程中的变化规律为主线，研究神经系统结构与功能及其相互关系，从微观的细胞分子水平和神经回路水平到宏观的脑联通网络和个体系统水平，探究神经回路和神经系统的活动规律。平台支持脑电分析和神经影像的认知神经科学研究、行为神经生物学（认知学习、睡眠觉醒等）研究，分析和测试神经细胞及神经系统的再生及修复的再生神经生物学等前沿研究方向。

平台目前有大型设备五台，包括用于脑电信号采集、脑部神经活动监控的导脑电仪，用于基于眼睛控制的人机交互研究等的眼动捕捉仪；用于脑功能损伤、脑发育、脑机接口研究等的光电同步脑活动检测仪，用于脑部神经活动实时监控的干电极神经反馈设备，用于大脑刺激、神经细胞活动调节等的差频电刺激设备。

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设备详情

NeuroScan公司生产的导脑电成像扫描系统，通过电极记录脑细胞的电活动，能够对EEG和诱发电位进行高分辨率的测量和分析，并能结合MRI和fMRI等数据确定事件相关电位信号的空间信息，从而准确地在线显示认知活动不同时间进程中的脑功能活动状态，是进行认知神经科学研究的有效工具。

与其它脑功能成像技术相比，该系统的最大优势是具有较高的时间分辨率，可精确至毫秒级，具有无创性，可以在无行为反应的情况下实时内隐的检测个体的心理生理活动，精准实现不同时间进程中脑功能活动状态。

该系统由Stim刺激呈现软件、Scan数据分析软件、SYNAMPSEEG放大器、Fastrak三维成像数字仪、Quick-Cap电极帽、Curry多通道神经成像软件等组成。能够对EEG和诱发电位进行高分辨率的测量、分析和快速定位，并能融合fMRI、MRI、CT、MEG、PET、SPECT等数据确定事件相关电位的动态轨迹和解剖基础，可用于睡眠、情绪、注意、记忆等基础认知实验高密度脑电记录，脑机接口脑电信号采集，脑部神经活动精确实时监控等，为观察认知活动进行过程中脑功能的运行状态打开了一扇窗户。

眼动研究（eye-trackingresearch）是以计算机为基础测量眼睛注视点的位置或者眼球的运动轨迹，为注视和扫视瞬间研究提供优良的注视精度和空间分辨率，广泛用于读取、虚拟搜索和动眼神经研究等领域。

平台EyeLinkPlus是世界上最精准的视频眼动仪，采样率高达Hz，提供多个可互换的镜头，高速和低噪的图像处理技术允许头部稳定和遥测两种数据记录模式，并保持高采样和低噪声的输出。桌面工作站式主机适用于行为实验室或者MRI实验室的主控室，可用于分析和记录双眼眼动数据，同时配备桌面式、塔式、远距离式、机械臂和灵长类动物支架，无论是婴儿、老人还是灵长类动物，均能提供高采样、精准且可信赖的眼动数据。

EyeLinkPlus眼动捕捉仪能很好的支持语言学研究、婴幼儿相关研究、人机交互研究、基于眼睛控制的电脑交互研究、阅读研究等要求较高精度的研究，适用于可行性研究、医疗、心理、虚拟现实等诸多领域。

光电同步脑活动检测技术（NearinfraredspectroscopyElectroencephalography，简称NEG），通过对脑电信号和血氧信号实时同步匹配检测，实现某个或多个脑区的双模态脑活动信息的实时查看。

平台光电同步脑活动检测仪Neg32，将近红外光进行颅内脑组织血氧信息的无创检测技术与脑电采集技术的结合，可同步获得相对较高频率的电信号和血氧浓度信号，能够进行全脑32通道和特定脑区8通道的光电同步脑活动检测。

Neg32可用于语言、情绪等脑功能研究，癫痫灶定位研究，精神分裂症等精神疾病的脑功能损伤研究，婴幼儿脑发育及脑损伤研究，各种精神及神经疾病的康复监测，脑机接口与神经反馈研究，尤其对神经精神疾病的早期诊断、预后判断及疗效评价等具有重要的临床应用价值。

干电极脑电记录仪是新一代的ECG和EEG信号生物传感器，它采用微针技术、超高输入阻抗放大器以及光电传感无线通信等技术，摆脱了湿电极对导电介质的依赖性，操作简便、不易受环境制约。

QUICK-20干电极多导联EEG/ERPs系统具有多达64通道的干电极无线EEG/ERPs系统，可透过头发与头皮良好接触，记录噪声小，彻底摆脱了传统EEG/ERPs系统对“湿”电极的依赖。

平台QUICK-20具有移动式无线EEG/ERPs采集分析系统，实现蓝牙高速无丢包信号传输，可扩展记录8个通道生理信号记录，包括眼电（EOG）、心电（ECG）、肌电（EMG）、呼吸（Respiration）、心率（PPG）、皮电（GSR）、血氧（SpO2）、温度等。可用于癫痫、老年痴呆、脑损伤等脑科疾病的医学诊断，干电极脑机接口中脑电采集部分，实时神经反馈训练，注意力及工作记忆能力等测量和脑部神经活动实时监控等研究。

脑细胞能响应频率较低的电流(频率范围约为：1-Hz)，差频电刺激设备通过对大脑进行电刺激，从而进行脑部疾病、认知能力，脑功能等相关研究。

平台BrainStimulis采用反向驱动技术，可实现多达6路电流的多路输出，输出电流精度nA，且电流间无串扰；谐波失真率小于1%，频率分辨率ppm，具有实时阻抗测量功能。可调节刺激频率、刺激幅值、刺激持续时间/间隔时间/总时间等相关刺激参数。同时根据需要配备实验被刺激物体固定装置，如脑立体定位仪等。

该设备可在不引起浅层神经细胞反应的前提下对大脑深部进行刺激，可支持神经细胞活动、受试者行为和能力、脑部疾病改善、脑功能调节等相关研究。

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平台展望

对大脑结构和功能的理解是人类认识世界、认识自我的最终挑战。“脑功能与神经工程平台”希望能给师生在脑的结构、功能、变化规律和相互关系等前沿基础研究中提供平台支撑，助力认知神经科学和神经生物学在细胞分子水平、神经回路水平和脑网络水平上的研究，促进神经系统有关疾病，及其诊断、检测、控制、治疗的方法技术等研究和转化。

编辑：实验中心

审核：孙立权

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