脑机接口植入式微纳器件（英文版） [Implantable Neural Devicefor Brain Computer Interactive Microsystem Acquisition] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李洪革 著

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• 脑机接口
• 植入式器件
• 微纳技术
• 神经工程
• 生物医学工程
• 神经科学
• 微电子
• 信号处理
• 生物传感器
• 医疗器械

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512415225

版次：1

商品编码：11909356

包装：平装

外文名称：Implantable Neural Devicefor Brain Computer Interactive Microsystem Acquisition

开本：16开

出版时间：2016-04-01

用纸：胶版纸

内容简介

Implantable Neural Devicefor Brain Computer Inte脑机接口植入式微纳器件（英文版）

前言/序言

《脑机接口植入式微纳器件：解构与前沿探索》 本书旨在深入剖析脑机接口（BCI）领域中至关重要的组成部分——植入式微纳器件。我们将从基础原理出发，层层递进，揭示这些微小而强大的设备如何成为连接人脑与外部世界的桥梁，以及它们在未来的医学、康复、科研乃至人机交互等方面所展现出的颠覆性潜力。本书不对任何具体出版物的核心内容进行阐述，而是聚焦于该领域通用的科学原理、关键技术挑战、发展脉络以及广阔的应用前景，力求为读者构建一个全面而深刻的认知框架。 第一章：脑机接口的原理基石与器件演进 脑机接口（BCI）的核心在于理解并解读大脑产生的生物电信号，并将其转化为可执行的指令。这一过程的实现离不开对神经生理学、信号处理、材料科学以及微电子工程等多学科知识的综合运用。本章将首先回顾大脑如何产生电信号，包括神经元的放电机制、突触传递以及大规模神经活动的群体编码等基本生物学原理。在此基础上，我们将探讨不同类型的脑信号（如局部场电位LFP、动作电位、脑电图EEG等）及其各自的特点和信息价值。 紧接着，本章将梳理植入式BCI器件的发展历程。从早期相对笨重、侵入性较大的电极系统，到如今追求高精度、低创伤的微纳级器件，这一演进过程本身就充满了技术创新的驱动。我们将介绍早期植入电极的材料选择、设计理念及其局限性，为理解当前微纳器件的优势和必要性奠定基础。重点将放在微纳技术如何克服早期设计的瓶颈，实现更精细、更稳定的神经信号采集，以及如何最小化对脑组织的损伤。 第二章：植入式微纳器件的关键技术挑战与解决方案 植入式微纳器件的设计与制造面临着一系列严峻的技术挑战。本章将逐一剖析这些挑战，并介绍当前科研和工程领域为应对这些挑战所提出的创新性解决方案。 生物相容性与长期稳定性： 任何植入体在进入体内后，都需要与周围的生物组织和谐共存，避免引发免疫排斥、炎症反应或纤维化包膜形成，这些都会严重影响器件的长期功能。本章将深入探讨生物材料的选择，例如惰性金属（如铂、铱）、导电聚合物、生物陶瓷等，以及表面改性技术（如生物活性涂层、纳米颗粒修饰）如何增强器件的生物相容性。同时，研究人员正在开发能够模拟天然组织环境的柔性材料和仿生结构，以促进神经元的生长和整合。 高密度、高通道数的信号采集： 为了更全面、更精细地捕捉大脑活动，BCI器件需要具备高密度、高通道数的信号采集能力。本章将介绍微纳加工技术，如光刻、蚀刻、薄膜沉积等，如何实现微米乃至纳米级别的电极阵列。我们将探讨三维电极阵列、神经尘埃（neural dust）等新型结构的设计原理，以及它们如何大幅提升信号采集的空间分辨率和效率。 信号传输与功耗管理： 植入式器件需要将采集到的海量神经信号传输到体外进行解码，同时自身也需要能源供应。无线传输技术（如射频、超声波）是解决有线连接带来的不便和感染风险的关键。本章将分析不同无线传输方案的优缺点，包括数据速率、功耗、穿透深度等。此外，微能量采集技术（如压电、热电、光伏）和高效的低功耗集成电路设计，也是实现器件长期自主运行的重要方向。 微创植入技术： 降低植入手术的创伤性是推广BCI技术的重要前提。本章将介绍微纳器件与先进手术技术的结合，例如机器人辅助手术、微创导管技术，以及能够实现“即插即用”的自导航或自展开式植入设计。同时，我们将探讨如何通过优化器件的形态、尺寸和力学性能，使其更容易被组织接受，减少术后并发症。 第三章：先进材料与制造工艺的革新 微纳器件的性能和可靠性在很大程度上取决于其所采用的材料和制造工艺。本章将聚焦于材料科学和微纳加工领域的最新进展，这些进展正以前所未有的方式推动着BCI器件的发展。 柔性与弹性电子材料： 传统刚性电极易对脑组织造成机械损伤，限制了信号的稳定性和长期性能。本章将深入探讨聚合物基底、金属纳米线、石墨烯、碳纳米管等柔性材料在植入式器件中的应用。我们将分析这些材料如何实现与大脑组织更佳的力学匹配，提高器件的灵活性和舒适度，从而实现更长久的稳定工作。 微纳加工技术的精进： 光刻、电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀、三维打印等先进微纳加工技术，使得制造出结构精巧、功能集成的微纳器件成为可能。本章将介绍这些技术如何实现超高密度的电极阵列、微流控通道（用于药物输送或样本采集）、集成传感器等复杂功能。我们将讨论纳米制造技术在提高器件精度、降低制造成本方面的作用。 生物传感与刺激集成： 除了神经信号采集，未来的植入式器件还将集成更多的生物传感和神经调控功能。本章将探讨如何将微型化的生物传感器（用于检测神经递质、pH值等）与电极集成，实现对大脑生理状态的更全面监测。同时，我们将介绍微纳级神经刺激技术，如电刺激、光刺激（光遗传学）的原理及其在治疗神经系统疾病中的应用潜力。 第四章：脑机接口植入式微纳器件的应用前景与未来展望 植入式微纳器件的出现，为解决诸多人类健康和认知挑战打开了新的大门。本章将描绘这些器件在不同领域的广阔应用前景，并展望未来的发展趋势。 医疗与康复： 神经假体与运动功能恢复： 对于瘫痪患者，植入式BCI器件能够实时解读运动意图，并驱动外部的机械臂、外骨骼或功能性电刺激系统，帮助患者重新获得运动能力。本章将探讨高密度、双向（感知反馈）BCI在精细运动控制中的作用。 神经退行性疾病的治疗与监测： 对于帕金森病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病，植入式器件有望实现对病变区域的精确监测，并提供神经调控治疗，如深部脑刺激（DBS）的智能化升级，甚至潜在的神经再生促进。 感知功能重建： 通过解读视觉皮层或听觉皮层的信号，BCI器件可以驱动人工视网膜或人工耳蜗，帮助失明或失聪患者恢复部分感知能力。 癫痫的精准监测与干预： 植入式器件能够实时监测脑电活动，精确预测癫痫发作，并及时进行干预，提高患者的生活质量。 科学研究与探索： 神经科学基础研究： 高密度、高分辨率的植入式器件为神经科学家提供了前所未有的工具，以更精细的尺度研究大脑的学习、记忆、决策等高级认知功能的神经机制。 精神疾病的理解与治疗： 通过深入研究精神疾病患者大脑活动的异常模式，有望开发更精准的诊断方法和靶向治疗策略。 人机交互的未来： 无缝的思维控制： 随着技术的成熟，BCI有望实现更直观、更高效的人机交互，例如用意念控制计算机、智能家居，甚至虚拟现实环境。 认知增强： 尽管涉及伦理问题，但未来BCI在认知增强方面的潜力也不容忽视，例如提升学习效率、记忆能力等。 第五章：伦理、安全与监管挑战 伴随着技术的飞速发展，植入式BCI器件也引发了一系列重要的伦理、安全和监管问题。本章将对此进行深入探讨，以期在技术发展的同时，为负责任的创新提供指引。 数据隐私与安全： 大脑信号是高度私密的信息，如何确保这些数据在采集、传输、存储和处理过程中的安全性，防止未经授权的访问和滥用，是至关重要的议题。 自主性与意愿： 随着BCI技术的发展，需要谨慎考虑其对个体自主性和自由意愿的影响，尤其是在涉及决策辅助或行为干预的场景下。 公平性与可及性： 如何确保BCI技术的益处能够公平地惠及所有人，避免出现数字鸿沟或技术加剧社会不平等，是需要提前规划的问题。 安全性评估与长期监测： 植入式器件的长期安全性需要通过严格的临床前和临床试验进行评估，并且需要建立完善的长期监测和随访机制，及时发现和处理潜在的风险。 监管框架的建立： 针对新兴的BCI技术，需要建立适应性的监管框架，以平衡创新激励与风险防范，确保技术的健康发展。 结论： 植入式微纳器件作为脑机接口的核心技术载体，正以前所未有的速度和深度改变着我们对大脑的理解以及与外部世界的互动方式。本书通过对基础原理、关键技术、材料革新、应用前景以及伦理挑战的全面梳理，旨在为所有关注这一颠覆性技术领域的读者提供一个坚实而广阔的知识平台。未来，随着跨学科的不断融合和技术的持续突破，植入式微纳器件必将继续在修复、增强、探索人类潜能的道路上，书写更加辉煌的篇章。

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当我在书架上看到《Implantable Neural Device for Brain Computer Interactive Microsystem Acquisition》时，我的第一反应是，这绝对是一本能够引领科技前沿的著作。脑机接口，特别是那些需要植入体内的微纳器件，代表了人机交互的终极挑战和最令人兴奋的突破方向。我推测本书会以一种严谨但又不失趣味的方式，向读者展示这一领域的核心技术和最新进展。它可能不仅仅是一本技术手册，更是一本关于未来如何重塑人机关系的哲学思考。 我想象书中会深入剖析构成植入式微纳器件的各个关键技术环节。从材料科学的角度，它可能详细介绍如何开发具有优异导电性、柔韧性、稳定性和生物相容性的纳米材料，以确保器件能够长期安全地植入人体。从工程制造的角度，它或许会深入探讨微纳加工技术，如光刻、刻蚀、薄膜沉积等，如何将复杂的电路设计转化为可执行的微观器件。此外，书中很可能还会涵盖信号处理和解码算法，解释如何从复杂的神经信号中提取有用的信息，以及如何实现人脑与外部设备之间的双向通信。这本书仿佛是一把钥匙，能够打开理解我们大脑内部运作机制以及如何与之建立直接联系的大门。

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作为一个对人机交互的终极形态充满好奇的科技爱好者，我经常关注脑机接口的最新动态。《Implantable Neural Device for Brain Computer Interactive Microsystem Acquisition》这个书名，听起来就像是一本深入解析如何构建能够与我们大脑直接沟通的微型化装置的专业指南。我脑海中浮现的是那些微小的、可能比头发丝还细的“探针”，它们被植入大脑皮层，如同无数双灵巧的“耳朵”，捕捉着神经元发出的细微电信号。书中很可能详细介绍了这些器件的设计理念，比如如何选择合适的材料来保证生物相容性，如何设计微电极的阵列以覆盖更广泛的区域，以及如何确保信号采集的精度和信噪比。 我期待书中能够解答许多我关于BCI技术应用的疑问。例如，这些植入式器件在实际应用中会遇到哪些技术难题？如何实现信号的无线传输和能量供应？如何保护大脑免受感染和损伤？书中是否会涉及对神经信号的解码技术，比如如何将复杂的神经活动转化为可执行的指令，从而控制外部设备，例如机械臂、电脑光标，甚至是一些高科技的假肢？我尤其感兴趣的是，这本书是否会探讨这种植入式技术在改善神经系统疾病患者生活质量方面的潜力，例如帮助阿尔茨海默症患者恢复记忆，或者为帕金森病患者提供更有效的运动控制解决方案。

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作为一名对技术革新充满热情的研究者，我曾几何时听闻一本关于“脑机接口植入式微纳器件”的书籍，其英文名称为《Implantable Neural Device for Brain Computer Interactive Microsystem Acquisition》。即便尚未深入阅读，仅凭书名便能感知其内容之硬核与前瞻。在当前人工智能蓬勃发展，而生物技术同样日新月异的时代，脑机接口无疑是连接两者的关键桥梁，而植入式微纳器件则是实现这一桥梁的基石。我推测这本书会详尽地阐述构建这些微型化、高集成度神经接口所需的物理、化学、材料学以及电子工程等跨学科知识。 我预想书中会涉及纳米材料在神经接口设计中的应用，例如利用石墨烯、碳纳米管等材料提升信号采集的灵敏度和带宽，抑或是开发新型生物相容性聚合物以减少免疫反应和组织损伤。更进一步，书中或许会探讨微纳制造工艺的最新进展，如3D打印、微流控技术等，如何帮助科学家们制造出更加复杂、多功能且定制化的神经器件。对于那些致力于将实验室研究成果转化为实际临床应用的工程师和医生来说，本书的价值将不可估量，因为它很可能提供了从设计理念到原型制造，乃至初步的动物实验验证的全链条技术指导。

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对那些热衷于探索人体奥秘，并对未来科技发展抱有无限遐想的读者而言，《Implantable Neural Device for Brain Computer Interactive Microsystem Acquisition》这个书名本身就带着一股科学的神秘感和前沿的吸引力。我脑海中浮现的，是一幅描绘着微观世界里，无数精巧的“传感器”被小心翼翼地植入大脑，然后将大脑深处的思想、感觉，甚至是潜意识的信号，转化为电子脉冲，进而与外部世界进行实时互动的宏大图景。这本书大概率会以一种引人入胜的方式，揭示这个过程背后的科学原理和工程挑战。 我设想书中会用大量图示和案例，来解释这些微纳器件是如何做到如此精准地“倾听”神经元语言的，以及如何巧妙地绕过大脑的天然屏障。也许会介绍一些正在进行中的突破性研究，比如那些能够帮助瘫痪病人重新获得行动能力，或者能够让失语者重新发出声音的植入式系统。我特别好奇书中是否会涉及这些器件的“智能”层面，即它们不仅仅是被动地采集信号，而是能够通过学习和适应，与大脑建立更深层次的共生关系，甚至在一定程度上“理解”和“预测”大脑的活动。这本书似乎提供了一个窥视未来人类与技术融合新纪元的窗口。

评分☆☆☆☆☆

这本《脑机接口植入式微纳器件（英文版）》似乎是一本专注于脑机接口（BCI）领域前沿技术，特别是植入式微纳器件的书籍。作为一名对脑科学和生物电子学交叉领域充满好奇的读者，我首先被书名中“植入式微纳器件”这个概念所吸引。我一直在关注BCI的最新发展，并对如何通过微创甚至无创的方式实现人脑与外部设备的信号交互感到着迷。这本书很可能深入探讨了制造这些微小、精密的器件所面临的挑战，例如材料选择、生物相容性、微加工技术，以及如何确保它们在长期植入后能够稳定、高效地工作。 我想象书中会详细介绍各种类型的植入式微纳器件，比如微电极阵列、神经探针、甚至是更先进的柔性或可生物降解的器件。这些器件是如何被设计来捕捉神经信号的？它们的结构和功能又是如何与神经元相互作用的？书中是否会包含具体的案例研究，展示这些器件如何在动物模型或人体试验中得到应用？例如，它们是如何被用于解码运动意图，从而驱动假肢，或者如何被用于监测和治疗癫痫等神经系统疾病。我尤其期待了解如何解决器件的长期稳定性和安全性问题，这对于临床应用至关重要。