神经工程
百科名片
    神经工程神经工程领域是从计算神经科学、实验神经科学、临床的神经病学、电子工程学和活神经组织的信号处理等领域汲取养分，并包含了机器人学、计算机工程学、组织工程学、材料科学和纳米技术等学科中的一些内容。
定义
     在物理科学中，神经工程学是新兴的、用工程技术研究中枢和周围神经系统的功能并操作其行为的交叉学科研究领域。
编辑本段简要概述
主要研究
     神经工程的两大目标是通过神经系统和人造设备间的沟通来修复和增强人体的功能。当前的研究主要着眼于：      * 探明感觉系统和运动系统编码和处理信息的机制      * 定量研究这些机制在病理的状态下发生的变化      * 研究如何通过脑机接口、神经修复等途径操纵这些正常和病变的机制      神经工程是一个新兴学科，相关的文献资料较为有限，但正在迅速增长中。第一份专门针对神经工程学的学术期刊是2004年创刊的神经工程学杂志（The Journal of Neural Engineering）。最早产生的专门针对该领域的学术会议是2003年于意大利卡普里岛举办的首届国际神经工程学大会。
涉及领域
     近年来，由于细胞生物学、实验及临床神经科学、生物科技及生物医学工程技术的紧密结合与发展，神经工程 (Neural Engineering or Neuroengineering) 已逐渐成为一门新兴科学及领域。神经工程系将生物医学工程技术与方法，藉由神经细胞再生与组织特性评估及神经与电子设备间接口等方法的研究与发展，探索中枢及外围神经系统的功能及行为表现，以了解中枢神经系统及周边神经系统的感觉 ( Sensory ) 或运动 ( Motor ) 控制讯息 ( Command ) 的活化 ( Activation )、传递 ( Propagation )及神经调控( Modulation )功能的过程，并期望藉由这样的成果协助失能者达成回复 ( Restoration ) 及增进 ( Augmentation ) 功能。神经工程研究的范畴相当广泛，其研究内容从基础的神经电生理、神经模块控制、神经机械系统控制与神经再生原理探讨，接着由神经科学的知识为基础，再进一步了解神经接口、神经假体、神经影像与分子与感测神经磁场感应等研究方向的原理与应用。因此，可以理解神经工程是属于结合神经科学与医学电子、组织工程、生医电子、生医光电及信息处理等工程技术的一跨领域整合性的研究。   再进一步针对应用层次的特点进行讨论后，可以了解神经工程的主要研究目标之一，是期望能恢复失去或受损的神经功能。也因此，神经工程在这方面的研究含括了设计、分析和测试神经细胞及神经系统的再生及修复功能，并纳入神经细胞及系统与人造电子系统的功能性接口等研究。依神经工程结构及应用特质，大致可将之分为神经系统、神经组织及神经细胞等三个层次：(1)神经系统层次 (Nervous System Level)：以神经系统调节 ( Systematic Modulation ) 为主的神经假体 (Neural Prostheses)；(2)神经组织层次 (Neural Tissue Level)：以神经束之选择性刺激或感测调控(selective sensing/modulation)为主的之神经界面(Neural Interfacing)；及(3)神经细胞层次 (Neurocellular Level)：神经元界面 (Neuronal Interfacing)。每种系统有其一定的基础与应用范围，其中，在神经接口及神经元接口较属于研究的层级，在持续发展及整合下，神经假体利用界面研究的成果，或独立设计应用于取代因神经系统受损所引起的运动、知觉或认知功能缺失之临床实务应用，其基本原理在利用受损后，仍具有残余的运动或感觉神经系统，配合其它传感器或应用调变的电刺激，使个案能重新协助建立或增进感官知觉、运动或认知功能。
编辑本段依其功能性之分类略述


一 、感觉神经假体装置
     感觉系统(Sensory Prostheses)的主要功能在于接收环境中的物理能量，如声波及光波，提供人们执行功能性及具目的性日常生活活动过程中所需要的环境讯息。因此，当感觉系统出现功能性的损伤，无法将环境讯息转换为确实可用的生理讯号时，利用接受器（如麦克风或微型摄影机）接收感觉讯息后，藉由换能器将物理能量转换成电刺激讯号，刺激感觉神经或与某感觉有关之大脑皮质，达到功能性目的。神经假体在听觉障碍者的听觉恢复上，可利用人工耳蜗 ( Cochlear implant) 刺激听觉神经路径；而对于视觉障碍者，同样可利用人工视网膜 (Artificial Retina) 及视觉芯片 (Vision Chip) 给予视觉神经路径或视觉皮质特定时序之电刺激，实际应用于代偿人类视觉能力的缺失。
二 、动作神经假体装置
     动作系统(Motor Prostheses)同样扮演着与外在环境互动的功能。然而，动作系统在人们执行日常生活的活动时，执行或输出经由大脑处理后所计划产生的功能性活动。当动作神经系统产生问题时，将可导致上肢手部动作能力不足，无法取物或操作手部活动；或是下肢无法产生足够的力量，造成承重或行走能力上的问题。因此，当日常生活中的动作能力缺失时，协助个案依其所愿，达成动作输出，就成为回复或代偿动作能力的重要考虑。动作神经假体的设计可分为两类，一为藉由功能性神经肌肉电刺激 (Functional neuromuscular stimulation) 的方式，以经过设计的电刺激时序活化肌肉系统，使得个案可以在系统的协助下，利用自己的肢体产生动执行功能性活动，或与环境互动所需要的动作；另一类则是撷取大脑皮质的脑电讯号，经过讯号分析截取特征讯息，并结合机器人控制系统，以机器手臂或机器辅助设备，产生功能性活动所需要的动作，以机器人系统执行动作，提供代偿动作的协助，这两类的神经假体设备，皆已可应用于人类动作能力的回复及代偿。
三、大脑皮质神经假体装置
     当大脑皮质的神经细胞因为脑血管疾患、外力伤害或是神经退化性疾病造成损伤时，将可能影响大脑的功能，导致如认知、记忆、听语或动作执行功能上的缺失或困难，造成脑内讯息的传递或是功能执行上的问题，进而影响日常生活功能的执行及生活质量。针对大脑功能的缺失，应用于代偿脑部功能的神经假体，在设计上则进一步以仿生系统 ( Biomimetic System )，取代受损的脑部神经核，重建脑部功能。仿生性系统包含与固有的脑部组织相联系，接收输入讯息的神经元接口，及进行输出功能的另一组神经元界面。在应用上，利用多电极式芯片，针对损伤区域所需要的功能，提供大脑皮质运动神经元适当的电刺激，以诱发复杂的动作形态，增进伸探及抓握动作能力；以仿生生物芯片，针对大脑特定区域的功能进行设计，再以植入芯片的方式，使得该芯片进一步取代受损的神经区域所扮演的生理功能，这方面的实际应用，则是针对海马回 ( Hippocampus) 所扮演的功能性角色，建立人工海马回 ( Artificial Hippocampus ) 的应用成效最为显著。然而，由于植入芯片的过程中涉及高难度脑部手术，因此，这类芯片的发展仍然在动物实验的阶段。      随着生物科技相关技术及专业密切整合，使得神经工程相关的技术及研究，逐渐应用于实际协助失能者回复或代偿功能性缺失。目前已发展建立的神经假体装置，主要研究应用方向为植入式生医微系统 ( Implantable Biomicrosystem ) 为主，经由各式的传感器及致动器整合，构成监测型及刺激型植入式微系统，藉由无线传输技术传出体外，将人体内的各项生理参数或是刺激指令，用以治疗患者缺失。当各项神经假体装置成熟后，各系统整合用于协助多项失能者功能，改善日常生活功能及生活质量，相信将指日可待。


脑机接口（brain-computer interface，BCI），有时也称作direct neural interface或者brain-machine interface，它是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下，计算机或者接受脑传来的命令，或者发送信号到脑（例如视频重建），但不能同时发送和接收信号。而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。
目录
概述
脑机接口与神经修复
动物脑机接口研究
早期工作1. 面向运动功能的脑机接口
2. 面向感觉功能的脑机接口
研究进程大事记
人类脑机接口研究侵入式脑机接口
部分侵入式脑机接口
非侵入式脑机接口
脑电图（EEG）
脑磁图与功能核磁共振成像
成果商品化及公司介绍
细胞培养物的脑机接口
伦理问题
国内研究机构概述
脑机接口与神经修复
动物脑机接口研究
早期工作 1. 面向运动功能的脑机接口
2. 面向感觉功能的脑机接口
研究进程大事记
人类脑机接口研究 侵入式脑机接口
部分侵入式脑机接口
非侵入式脑机接口
脑电图（EEG）
脑磁图与功能核磁共振成像
成果商品化及公司介绍
细胞培养物的脑机接口
伦理问题
国内研究机构展开 编辑本段概述
     在该定义中，“脑”一词意指有机生命形式的脑或神经系统，而并非仅仅是“mind”。“机”意指任何处理或计算的设备，其形式可以从简单电路到硅芯片。      对脑机接口的研究已持续了超过30年了。20世纪90年代中期以来，从实验中获得的此类知识显著增长。在多年来动物实验的实践基础上，应用于人体的早期植入设备被设计及制造出来，用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。研究的主线是大脑不同寻常的皮层可塑性，它与脑机接口相适应，可以象自然肢体那样控制植入的假肢。在当前所取得的技术与知识的进展之下，脑机接口研究的先驱者们可令人信服地尝试制造出增强人体功能的脑机接口，而不仅仅止于恢复人体的功能。这种技术在以前还只存在于科幻小说之中。
编辑本段脑机接口与神经修复
     神经修复是神经科学中和神经的修复相关的领域，即使用人工装置（假体）替换掉原有功能已削弱的部分神经或感觉器官。神经假体最广泛的应用是人工耳蜗，截止到2006年世界上已有大约十万人植入。也有一些神经假体是用于恢复视力的，如人工视网膜，但目前在这方面的工作仅仅局限于将人工装置直接植入脑部。      脑机接口和神经修复的区别主要从字面上就可见其端倪：“神经修复”通常指临床上使用的装置，而许多现有的脑机接口仍然是实验性质的。实践上讲神经假体可以和神经系统的任意部分相连接，如外周神经系统；而“脑机接口”通常指一类范围更窄的直接与脑相连接的系统。      由于目标和实现手段的相似性，“神经修复”和“脑机接口”两术语经常可以通用。神经修复和脑机接口尝试达到一个共同的目标，如恢复视觉、听觉、运动能力，甚至是认知的能力。两者都使用类似的实验方法和外科手术技术。
编辑本段动物脑机接口研究
     一些实验室已实现从猴和大鼠的大脑皮层上记录信号以便操作脑机接口来实现运动控制。实验让猴只是通过回想给定的任务（而没有任何动作发生）来操纵屏幕上的计算机光标并且控制机械臂完成简单的任务。另外在猫上进行的研究对视觉信号进行了解码。
编辑本段早期工作
1. 面向运动功能的脑机接口
     在面向运动功能的脑机接口方面，发展算法重建运动皮层神经元对运动的控制，该研究可以回溯到20世纪70年代。Schmidt, Fetz和Baker领导的小组在20世纪70年代证实了猴可以在闭环的操作性条件作用（closed-loop operant conditioning）后快速学会自由地控制初级运动皮层中单个神经元的放电频率。20世纪80年代，约翰斯·霍普金斯大学的Apostolos Georgopuolos找到了猕猴的上肢运动的方向和运动皮层中单个神经元放电模式的关系。他同时也发现，一组分散的神经元也能够编码肢体运动。      上世纪九十年代中期以来，面向运动的脑机接口经历了迅速的发展。若干研究小组已经能够使用神经集群记录技术实时捕捉运动皮层中的复杂神经信号，并用来控制外部设备。其中主要包括了Richard Andersen、John Donoghue、Phillip Kennedy、Miguel Nicolelis和Andrew Schwartz等人的研究小组。


成果商品化及公司介绍
     John Donoghue及其同事创立了Cybernetics公司，宗旨是推动实用的人类脑机接口技术的发展。该公司目前以Cybernetics神经技术公司为名在美国股市上市。BrainGate是该公司生产的电极阵列，该产品基于美国犹他大学的Richard Normann研发的“犹他”电极阵列。      Philip Kennedy创立了Neural Signals公司。该公司生产的脑际接口设备使用玻璃锥内含的蛋白质包裹的微电极阵列，旨在促进电极和神经元之间的耦合。该公司除了生产侵入式脑际接口产品，还销售一种可回复言语功能的植入设备。      2004年为止，William Dobelle创建的公司已经在16位失明病人内植入了初级视皮层视觉假体。该公司目前仍在继续研发视觉植入物，但这类产品至今没有获得FDA的批准，因而不能在美国境内使用于人类。
编辑本段细胞培养物的脑机接口
     细胞培养物的脑际接口是动物（或人）体外的培养皿中的神经组织和人造设备之间的通讯机制。 这方面研究的焦点是建造具有问题解决能力的神经元网络，进而促成生物式计算机。 研究者有时在半导体晶片上培养神经组织，并且从这些神经细胞记录信号或对其进行刺激。这类研究常称为“神经电子学”（Neuroelectronics）或“神经芯片”（Neurochips）。 1997年，加州理工Jerome Pine和Michael Maher的团队最先宣称研制成功神经芯片。 该芯片集成了16个神经元。      2003年，美国南加州大学的Theodore Berger小组开始研制能够模拟海马功能的神经芯片。该小组的目标是将这种神经芯片植入大鼠脑内，使其称为第一种高级脑功能假体。他们之所以选择海马作为研究对象为其高度有序的组织以及丰富的研究文献。海马体的功能与记忆生成和长期记忆有关。      佛罗里达大学的Thomas DeMarse用提取自大鼠脑的包含25000个神经元的培养物来操控一个F-22战斗机模拟程序。这些神经元提起自大脑皮层，离体以后，它们在培养皿上迅速集结成活的神经元网络，并且与60个电极通讯，来控制战斗机的上下和左右摇摆运动。该项目的主要目的是研究人类的脑在细胞层面上如何学习特定的计算任务。
编辑本段伦理问题
     目前，关于脑机接口的伦理学争论尚不活跃，动物保护组织也对这方面的研究关注也不多。这主要是因为脑际接口研究的目标是克服多种残疾，也因为脑机接口通常给予病人控制外部世界的能力，而不是被动接受外部世界的控制。（当然视觉假体、人工耳蜗等感觉修复技术是例外。）      有人预见，未来当脑际接口技术发展到一定程度后，将不但能修复残疾人的受损功能，也能增强正常人的功能。例如深部脑刺激（DBS）技术可以用来治疗抑郁症和帕金森氏病，将来也可能可以用来改变正常人的一些脑功能和个性。又例如，上文提及的海马体神经芯片将来可能可以用来增强正常人的记忆。这可能将带来一系列关于“何为人类”、“心灵控制”的问题争论。
编辑本段国内研究机构
     浙江大学求是高等研究院(QAAS)      浙江大学求是高等研究院(Qiushi Academy for Advanced Studies,QAAS)成立于2006年10月，是由香港著名企业家、浙江大学资深学长查济民名誉博士和刘璧如女士资助建立，浙江大学校设直属科研机构，享受学校的特殊政策。      求是研究院依托浙江大学现有的科研基地，充分采用纳米技术、信息科学、生物医学工程和临床医学的研究成果，围绕神经信息与控制等领域开展多学科交叉研究。着重研究神经控制与修复、运动神经模型、神经信号处理及专用芯片设计、传感器材料的生物相容性、基于遥控和遥测的生物机器人、人工智能、脑—机交互（BCI）等课题。将最新研究成果应用于临床、公共安全等领域，实现科学和技术融合，造福社群，服务社会。作为浙江大学的“研究特区”， 学校在求是研究院设立特殊的人才引进、聘用及考核政策，并设立了以博士为主的查氏特聘研究员岗位，引进国内外优秀人才前来从事研究工作。

血清
血清
     血液凝固析出的淡黄色透明液体。如将血液自血管内抽出，放入试管中，不加抗凝剂，则凝血反应被激活，血液迅速凝固，形成胶冻。凝血块收缩，其周围所析出之淡黄色透明液体即为血清，也可于凝血后经离心取得。在凝血过程中，纤维蛋白原转变成纤维蛋白块，所以血清中无纤维蛋白原，这一点是与血浆最大的区别。而在凝血反应中，血小板释放出许多物质，各凝血因子也都发生了变化。这些成分都留在血清中并继续发生变化，如凝血酶原变成凝血酶，并随血清存放时间逐渐减少以至消失。这些也都是与血浆区别之处。但大量未参加凝血反应的物质则与血浆基本相同。为避免抗凝剂的干扰，血液中许多化学成分的分析，都以血清为样品。[4]
血浆
       血液成分
血浆是血液的液体成分，血细胞悬浊于其中。人体含有2750-3300毫升血浆，约占血液总体积的55%。血浆的绝大部分是水（体积的90%），其中溶解的物质主要是血浆蛋白，还包括葡萄糖、无机盐离子、激素以及二氧化碳。血浆的主要功能是运载血细胞，同时也是运输分泌产物的主要媒介。      将新鲜血液离心，使血细胞沉降，上层淡黄色清液即是血浆。血浆与血清的区别是血清中不含纤维蛋白原等凝血因子。
主要作用
     ●提供基本营养物质：氨基酸、维生素、无机物、脂类物质、核酸衍生物等，是细胞生长必须的物质。      ●提供激素和各种生长因子：胰岛素、肾上腺皮质激素（氢化可的松、地塞米松）、类固醇激素（雌二醇、睾酮、孕酮）等。生长因子如成纤维细胞生长因子、表皮生长因子、血小板生长因子等。      ●提供结合蛋白：结合蛋白作用是携带重要地低分子量物质，如***携带维生素、脂肪、以及激素等，转铁蛋白携带铁。结合蛋白在细胞代谢过程中起重要作用。      ●提供促接触和伸展因子使细胞贴壁免受机械损伤。      ●对培养中的细胞起到某些保护作用：有一些细胞，如内皮细胞、骨髓样细胞可以释放蛋白酶，血清中含有抗蛋白酶成分，起到中和作用。这种作用是偶然发现的，现在则有目的的使用血清来终止胰蛋白酶的消化作用。因为胰蛋白酶已经被广泛用于贴壁细胞的消化传代。血清蛋白形成了血清的粘度，可以保护细胞免受机械损伤，特别是在悬浮培养搅拌时，粘度起到重要作用。血清还含有一些微量元素和离子，他们在代谢解毒中起重要作用，如SeO3,硒等


抗原性科技名词定义
中文名称：抗原性 英文名称：antigenicity 定义：抗原能与其所诱导产生的免疫效应物质(抗体或致敏淋巴细胞)发生特异性结合的特性。 所属学科：免疫学（一级学科）；概论（二级学科）；抗原（三级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布      抗原性      （又名：免疫反应性）      (英语：antigenicity）      抗原刺激机体产生免疫应答的能力。抗原性的强弱与抗原分子的大小、化学成分、抗原决定簇的结构、抗原与被免疫动物亲缘关系的远近等有密切关系。通常认为抗原的分子量愈大、化学组成愈复杂、立体结构愈完整以及与被免疫动物的亲缘关系愈远，则抗原性愈强。抗原的物理状态也对抗原性发生影响，例如蛋白质，聚合状态的比单体的抗原性强，一般球形分子的比纤维形分子的抗原性强。抗原加入佐剂改变物理状态后，抗原性也得到增强。例如，分子量高达10万的明胶由于缺乏苯环氨基酸，稳定性较差，在进入机体后容易被酶降解成低分子物质，如果加入少量酪氨酸(苯环氨基酸)，就能增强其抗原性。      自发现抗体后，用血清学方法在体外实验，证明了天然抗原与其相应抗体发生特异性结合，这是一个重要的免疫学现象，称这种特性为抗原的抗原性。在早期由于尚未建立对蛋白质抗原进行分析的方法，为研究抗原性的化学本质造成了困难。奥地利免疫化学家Landsteiner在本世纪20年代创建了人工结合抗原，并应用血清学方法对抗原性的化学本质进行了系统的研究，为抗原、抗体的相互作用提供了大量知识，为天然抗原化学性质的研究奠定了基础。

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