神经工程学（下册）

目录
前言
致谢
第三部分神经接口与康复
第9章脑-机接口 3
9.1脑-机接口概述 3
9.1.1脑-机接口定义 3
9.1.2早期脑-机接口 6
9.1.3脑-机接口分类 9
9.1.4脑-机接口组成 11
9.1.5脑-机接口系统性能评价指标 14
9.2典型的脑-机接口范式 15
9.2.1基于ERP中P300电位的脑-机接口 16
9.2.2基于SMR的脑-机接口 21
9.2.3基于SSVEP的脑-机接口 24
9.2.4基于SCP的脑-机接口 27
9.2.5其他脑-机接口范式 28
9.3脑-机接口应用及发展现状 32
9.3.1国内外脑-机接口大赛 32
9.3.2脑-机接口应用领域 33
9.3.3脑-机接口应用的发展现状 37
9.4脑-机接口未来的发展趋势 41
9.4.1脑-机接口传感器系统开发 42
9.4.2脑-机接口信息编解码技术发展 44
9.4.3新型脑-机接口范式设计 45
9.4.4脑-机接口发展的未来 47
9.5本章小结 48
思考题 48
参考文献 48
第10章植入神经接口与微系统 51
10.1概述 51
10.2硬件系统构成 52
10.2.1植入式高密度神经信号采集 53
10.2.2信号处理 54
10.2.3外界通信 54
10.2.4设备供能 55
10.2.5系统封装 55
10.3神经信号解码与反馈 56
10.3.1神经信息的编解码 56
10.3.2神经元集群信息分析方法 57
10.3.3感觉信息再生 58
10.4植入式神经接口系统的应用范例 59
10.4.1植入式感觉神经假体 59
10.4.2植入式微电子神经桥 62
10.4.3神经控制假肢 64
10.5本章小结 73
思考题 74
参考文献 74
第11章神经肌骨动力学 77
11.1神经肌骨动力学概述 77
11.1.1神经肌骨动力学定义 77
11.1.2研究内容、发展和分类 77
11.1.3研究方法——神经肌骨模型 78
11.1.4常用设备介绍 79
11.2步态分析 80
11.2.1步态分析简介及发展 80
11.2.2基本步态特征表征 81
11.2.3步态分析方法 83
11.2.4步态分析在临床中的应用 84
11.2.5步态识别 85
11.3肌骨系统中的神经控制信号——肌电信号 86
11.3.1运动控制原理 86
11.3.2肌电与肌肉收缩力 87
11.3.3肌电与肌肉疲劳 88
11.3.4肌电与脑电的相干性 93
11.4肌骨动力学模型 94
11.4.1正向动力学模型——肌电协助的肌骨模型 94
11.4.2反向动力学模型——基于静态优化的肌骨模型 96
11.4.3实验方法 99
11.5神经肌骨动力学的应用 99
11.5.1机械外骨骼 100
11.5.2骨关节炎 100
11.5.3前十字韧带损伤 101
11.5.4脑卒中 102
11.6面临挑战与发展趋势 102
11.7本章小结 103
思考题 103
参考文献 104
第四部分神经刺激与调控
第12章功能性电刺激 109
12.1功能性电刺激概述 109
12.2FES的分类 110
12.2.1FES的功能重建作用 110
12.2.2FES的功能替代作用 112
12.2.3植入式和非植入式FES 112
12.3FES作用机理 113
12.3.1FES的工作原理 113
12.3.2肌肉的募集特性 114
12.4FES的系统构成 116
12.4.1FES 系统结构 116
12.4.2电极特性与电极-组织接口 117
12.4.3FES 刺激参数 118
12.4.4反馈控制算法 120
12.5功能性电刺激的应用与发展 122
12.5.1肢体功能性电刺激 122
12.5.2心脏起搏器 124
12.5.3干扰电治疗 129
12.6本章小结 132
思考题 133
参考文献 133
第13章电磁神经调控 135
13.1经颅电刺激 135
13.1.1经颅电刺激简介 135
13.1.2经颅直流电刺激的应用 137
13.1.3经颅交流电刺激的应用 140
13.2经颇磁刺激 141
13.2.1经颅磁刺激技术发展历史 141
13.2.2经颅磁刺激技术作用机制 142
13.2.3经颅磁刺激器系统 142
13.2.4经颅磁刺激与其他神经成像手段联用 148
13.3经颇磁刺激技术研究与应用 150
13.3.1经颅磁刺激与脑可塑性研究 150
13.3.2经颅磁刺激与脑功能定位 152
13.3.3经颅磁刺激与肌体运动康复 153
13.3.4经颅磁刺激用于神经性疾病治疗 156
13.4深部脑刺激 158
13.4.1深部脑刺激研究现状 159
13.4.2深部脑刺激研究内容 160
13.4.3深部脑刺激应用 161
13.5本章小结 162
思考题 163
参考文献 163
第14章光遗传学 165
14.1概述 165
14.1.1光遗传学简介 165
14.1.2光遗传学诞生和发展简史 166
14.2光遗传学基本原理 167
14.2.1光敏感蛋白 167
14.2.2视蛋白靶技术 169
14.2.3光传输技术 172
14.2.4输出信号检测 176
14.3光遗传学的应用 180
14.3.1焦虑障碍与恐惧的神经环路研究 181
14.3.2药物成瘾的神经环路 182
14.3.3抑郁的神经环路研究 183
14.3.4自闭症和精神分裂症的神经环路研究 184
14.3.5学习记忆研究 184
14.3.6睡眠-觉醒节律的研究 185
14.3.7在其他细胞生物学领域的应用 186
14.4光遗传学展望 186
14.4.1促进神经工程发展 186
14.4.2光敏感蛋白的优化和扩充 187
14.4.3反向工程 188
14.4.4时空维度上分子回路的研究 188
14.4.5光遗传学的竞争者 188
14.5本章小结 190
思考题 190
参考文献 190
第15章经烦超声刺激 192
15.1经颇超声刺激的发展 192
15.2超声波原理 193
15.2.1超声波的传播及声强 193
15.2.2边界声阻抗 194
15.2.3超声波换能器 195
15.2.4超声聚焦及分辨率 196
15.2.5超声物理效应 197
15.3神经调控 199
15.3.1动物神经调控 199
15.3.2人类神经调控 203
15.4面临的挑战及未来方向 205
15.5本章小结 206
思考题 206
参考文献 207
第五部分神经模拟与仿生
第16章神经假体 211
16.1感觉神经假体 211
16.1.1视觉神经假体 211
16.1.2听觉神经假体 221
16.1.3触觉神经假体 232
16.2运动神经假体 239
16.2.1概述 239
16.2.2仿生神经肌肉接口 242
16.2.3基于功能性电刺激的运动神经假体 245
16.3中枢神经假体 248
16.3.1概述 248
16.3.2记忆假体工作原理与结构组成 250
16.3.3记忆假体的挑战与展望 253
16.4本章小结 253
思考题 254
参考文献 254
第17章人工神经网络 256
17.1人工神经网络基础 256
17.1.1人工神经网络概述 256
17.1.2人工神经网络发展 259
17.1.3人工神经网络基本模型与组成要素 262
17.1.4人工神经网络的应用 266
17.2常见人工神经网络模型 268
17.2.1BP神经网络 268
17.2.2Hopfield反馈神经网络 270
17.2.3径向基函数神经网络 273
17.2.4自组织特征映射神经网络 275
17.2.5对偶传播神经网络 278
17.2.6自适应谐振理论 282
17.2.7量子神经网络简介 284
17.3深度学习简介 290
17.3.1深度神经网络简介 291
17.3.2监督学习方向 291
17.3.3非监督学习方向 293
17.3.4强化学习方向 294
17.3.5深度学习的应用 295
17.4本章小结 298
17.5思考题 299
参考文献 299
第18章神经仿生学与智能机器人 302
18.1神经仿生学 302
18.1.1仿生学概述 302
18.1.2神经仿生学的兴起和发展 303
18.2神经仿生学在智能机器人领域的应用 308
18.2.1智能机器人 308
18.2.2神经机器人 309
18.2.3类脑智能前沿热点与研究现状 316
18.3类脑智能的未来 328
18.4本章小结 329
思考题 330
参考文献 330
第六部分神经再生与修复
第19章神经再生与修复 335
19.1概述 335
19.2周围神经再生与修复 335
19.2.1生物可降解人工神经移植物 336
19.2.2组织工程神经 339
19.2.3周围神经损伤 344
19.3中枢神经再生与修复 346
19.3.1神经组织移植 346
19.3.2细胞移植 347
19.3.3分子治疗 348
19.3.4组织工程修复 348
19.3.5常见中枢神经损伤 349
19.4神经再生与修复展望 361
19.5本章小结 362
思考题 362
参考文献 362
第七部分神紅程齡財及新应用
第20章神经工程前沿技术及新应用 367
20.1神经成像新技术应用 367
20.1.1功能磁共振成像 367
20.1.2脑功能成像新技术 374
20.1.3神经成像技术革新 378
20.2神经接口新技术应用 380
20.2.1神经接口促进疾病康复 380
20.2.2神经接口改善人类生活 384
20.2.3构建“大脑网络”实现群体协同脑-机交互 388
20.3神经工程新应用之神经刺激与调控 390
20.3.1刺激调控与疾病 390
20.3.2刺激调控与记忆 392
20.3.3刺激调控与社会生活 393
20.3.4刺激调控与军事 394
20.4类脑研究与人工智能 395
20.4.1大数据时代下的神经工程学 395
20.4.2神经工程学与类脑研究 396
20.