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黄席棠大女儿高上凯资料

 

生物医学工程专家高上凯
  

    高上凯(教授、博士生导师),母校65届高中毕业生,70年从清华大学毕业后,留校担任助教、讲师、副教授、教授等职。1984.5—1985.12在美国乔治华盛顿大学作访问学者。任职期间,除了为本科生讲授《电工技术》,为研究生讲授《医学成象系统》等课外,先后参与并指导包括:生物医学信号处理、医学成象系统与医学图象处理、医学超声工程、医学信息学与远程医疗等领域的研究工作。已完成的主要研究项目包括有扇型扫描多功能超声诊断仪等七项;正在进行的主要研究项目包括有超声三维血流图成象方法的研究等五项。  

1997年获北京市普通高等学校教学成果二等奖。1993年起获国家政府津贴。
  在社会上担任:中国电子学会、生物医学电子学分会副主任委员,中国超声医学工程学会/工程委员会副主任委员,以及《中国医疗器械信息》、《北京生物医学工程》杂志编委等多项兼职。

 

高上凯:在IEEE EMBS年会上获颁IEEE Fellow称号

IEEE Engineering in Medicine and Biology Society29届年会823在法国里昂召开。我系高上凯教授因为在脑机接口研究方面的贡献在该学会的年度颁奖典礼上获颁IEEE Fellow称号。图为高上凯教授与同时获颁该学会终身成就奖的Jose C. Principe教授在颁奖典礼上合影。

     IEEE是世界最大的国际学术组织,拥有近40万会员,在电力、电子、信息等领域有巨大影响。IEEE Fellow是该组织授予会员的最高学术荣誉。我系白净教授也曾于2001年因为在生物医学工程研究和教育方面的贡献获得该称号。

高上凯,教授,博士生导师。
     1970
年毕业于清华大学电机系,1982年在清华大学电机系获生物医学工程专业硕士学位。现任清华大学医学院生物医学工程系教授。主要的研究领域是神经工程及医学超声工程。
     
高上凯教授因为在脑-机接口研究中的贡献于2007年当选为IEEEFELLOW

思维控制行为:脑-机接口系统介绍

“脑-机接口”(Brain Computer Interface,简称BCI)是通过实时记录人脑的脑电波,在一定程度上解读人的简单思维,并将其翻译成控制命令,来实现对计算机、家用电器、机器人等设备的控制(参见图1)。

 

1 脑-机接口示意图

自从上个世纪初发现脑电信号后,它就被用于神经系统疾病诊断、脑功能研究等方面。不过,与此同时,人们也想借助脑电信号解读人的思想或意图。然而,这样的想法在很长时间里我们都只是在科幻小说或电影中看到,而没有在真实的世界里实现。这主要是由于脑内电活动的外在表现十分复杂,而人们对其理解却十分有限,况且要实时记录和分析多通道脑电信号也需要有可靠的工程方法。庆幸的是,在经过长时间的研究后,人们逐步对脑电信号中主要的节律成分、各种诱发脑电信号及一些特定信号产生的机理、信源的空间位置及其相互关系有了一定的了解。不仅如此,神经科学的研究还揭示了某些行为(如肢体真实运动和想象运动)与脑电信号的关联性。有了坚实的生理学研究基础,加之近年来在脑电信号的检测、分析和处理方面在技术上的长足进步,使得人们已经有可能在大脑和外部设备之间建立起一个直接的交流渠道。

脑-机接口研究最初的想法是帮助那些丧失了运动能力但大脑功能正常的残疾人,让他们通过这样的系统用自己的思维直接操控轮椅、假肢,甚至使用计算机。目前,这项研究已经成为新兴交叉学科——神经工程的核心领域。脑-机接口技术不仅应用于残疾人康复,在军事、人工智能、娱乐等方面的应用也初见端倪,它极大推动了人们对于人脑思维能力的认识和利用。

人脑神经电活动信息的获取可采用无创的头皮电极或有创的颅内植入电极。前者是最能为广大患者接受的方法。实时解读头皮脑电信号的难度在于脑电波是十分微弱的时变信号,个体差异也很大,必须采用先进的信号处理方法来分析。

我们研究小组在脑电信号处理方面有长期的工作积累。我们负责完成的国家自然科学基金重点项目的研究成果“基于脑电信号分析的脑功能研究”曾被列为国家自然科学基金委2003年度报告中的“成果巡礼”项目(参见http://www.nsfc.gov.cn/nsfc/cen/ndbg/2003ndbg/02cgxl/008.htm)。基于长期研究脑电信号处理的工作基础,自上世纪末开始,我们研究小组将重点转向脑-机接口的研究,并成为在国内最早开展这方面研究的小组。我们不仅在脑电信号分析的算法方面取得突破,还研发成功了多种脑-机接口原型装置。

发展了一套先进的信号处理和模式分类方法

    虽然脑- 机接口的概念及实现的可能性早已被证实,但是,如何能正确解读受试者的意愿仍然是一个极具挑战性的问题。全球的各个研究小组纷纷提出各自认为有效的分析方法,来解读大脑的控制命令。此时,如何客观地评价这些算法的真正意义成了大家关注的一个问题。基于此背景,一些著名的脑-机接口研究小组发起组织了全球脑-机接口数据竞赛。我们小组在连续三次的全球脑-机接口数据竞赛中都取得了突出的成绩。在2005年公布的第三次脑-机接口数据竞赛中,全球有49个实验室提交了92份答卷,在总共7个题目中,我们小组获得3项第一,这说明我国学者在神经信息解析方面达到了相当高的水平。

开发了脑-机接口原型装置

   2 基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口系统。受试者的脑电信号被解读成相应的控制命令,实现了手机拨号功能。

   2是我们开发的基于稳态诱发电位的脑-机接口系统,该系统可帮助运动障碍的残疾人拨电话、控制计算机或其他家用电器。受试者只要用目光注视特定的闪烁发光管(代表特定的控制功能),就会由此诱发出特定的脑电信号。计算机系统经过分析识别后,将其转换成相应的控制命令,就可以实现对外部设备的控制。该系统构成非常简洁,但这个系统的信息传输速率达到了该领域世界领先水平。

3 基于想象运动的脑-机接口系统。受试者的脑电信号被解读成相应的控制命令,实现了对机器狗向左、向右和向前的控制。

   3示意的是我们设计实现的另一种无创脑-机接口系统,即基于想象运动的脑-机接口系统。受试者特定脑电波的产生是依赖于自身的运动想象(无需实际运动)。当受试者想象自己的左手运动、右手运动和腿部运动时,能产生三种不同的控制命令。目前,该系统实现三分类时的分类精度也达到了世界领先的水平。

   今年7月份中央电视台“新闻联播”和“走近科学”栏目报道了我们的研究成果(见http://news.cctv.com/xwlb/20070716/109649.shtml )。

 

 

摘自http://forum.join-tsinghua.edu.cn/dispbbs.php?boardid=25&id=9619

 

 

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