【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及脑机接口，具体为一种基于磁电复合生物物质的脑机接口及其控制方法。
技术介绍
1、脑机接口(bci)技术作为一种新兴的神经工程手段，已经显著地推进了人类对于脑功能的理解以及相关医疗辅助设备的开发。bci通过解码大脑活动产生的信号，使得患者能够通过思考来控制外部设备，如电脑光标、轮椅或假肢，这为运动功能障碍患者提供了一种全新的交流和控制方式。
2、现有申请号为cn201710201259.6的专利技术涉及一种脑机接口系统，通过合理设计硬件电路和数字电路，能够获得高信噪比的脑电信号，电路结构简单，能够减小接口设备的体积，并且能够实现实时在线数据处理，能够广泛应用于实际生活中。
3、但是上述脑机接口在使用时还存在以下问题：在应对非侵入式bci的挑战时，尽管非侵入式bci技术具有易于部署和使用的优点，但它也面临着一些挑战，首先，非侵入式bci通常依赖于头皮上的eeg来捕捉大脑的电活动，这些信号容易受到肌电、眼动等噪声的干扰，导致信号质量下降，其次，eeg的空间分辨率有限，这使得精确定位大脑中信号产生的区域变得困难。此外，由于个体差异，解码算法需要针对每个用户进行定制和优化，这增加了bci系统使用的复杂性，此外在应对侵入式bci的挑战，侵入式bci通过在大脑中植入电极来直接测量神经元活动，可以获得更高质量的信号，然而，这种方法存在一些显著的问题，首先，植入电极需要进行开颅手术，这给患者带来了额外的生理和心理风险，其次，植入的电极可能会引起身体的免疫反应，导致电极功能下降或失效，手术本身也存在感染的风险。
4、为此，我们研发出了新的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口及其控制方法。
技术实现思路
1、解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于磁电复合生物物质的脑机接口及其控制方法，该接口能够通过特殊的磁电复合生物物质实现生物电信号感知和神经刺激，实现高灵敏度和高稳定性的神经信号探测及神经刺激。
3、技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于磁电复合生物物质的脑机接口及其控制方法，包括磁响应生物物质单元，所述磁响应生物物质单元包括磁主体结构单元与磁响应结构单元，所述磁响应结构单元可为一个或多个，所述磁响应结构单元通过化学键的原子间结合方式附着在磁主体结构单元上，一个所述磁主体结构单元上可以附着一个或者多个磁响应结构单元，所述磁响应结构单元可以是一个或者多个铁-硫簇等磁响应性结构，所述磁响应生物物质单元可以独自或者与其他磁响应生磁响应生物物质单元组合成磁场感受生物物质体，可以在磁场的作用下，发生变形或者位移，也可以通过外力作用下导致的整体变形进一步来引起磁场的变化，所述磁响应生物物质单元可与电响应生物物质构成磁电复合生物分子。
5、进一步的，所述磁响应生物物质单元可独自或者与其他磁响应生物物质单元组合成磁场感受生物物质体，可以在磁场的作用下，发生变形或者位移，也可以通过外力作用下导致的整体变形进一步来引起磁场的变化，所述磁主体结构单元由蛋白质螺旋，即α-螺旋(α-helix)组成。
6、进一步的，所述电响应生物物质为第一电响应生物物质单元，所述第一电响应生物物质单元包括电主体结构单元与电响应结构单元，所述电主体结构单元由蛋白质螺旋如α-螺旋(α-helix)组成，所述电响应结构单元通过化学键的原子间结合方式附着在电主体结构单元上，一个所述电主体结构单元上可以附着一个或者多个电响应结构单元，所述电响应结构单元可以是一个或者多个带正电荷的精氨酸或赖氨酸等电响应结构，所述第一电响应生物物质单元可以独自或者与其他第一电响应生物物质单元组合成电场感受生物物质体，可以在电场的作用下，发生变形或者位移，也可以通过外力作用下导致的整体变形进一步来引起电场的变化，一种所述磁电复合生物分子可以由至少一个磁响应生物物质单元和至少一个第一电响应生物物质单元组合而成，所述磁响应生物物质单元和第一电响应生物物质单元之间可以通过分子键组合在一起，也可以通过范德华力等方式组合在一起。
7、进一步的，为了方便所述磁电复合生物分子固定在细胞膜上，可以设计所述磁电复合生物分子存在一个或者多个跨膜结构或者跨膜亚基。
8、进一步的，本专利技术提出一种利用生物物质探测体内电信号的控制方法，例如在脑电监控领域，可以利用所述蛋白质将神经电信号转换为磁场信号，进行三维无源无线脑电探测，包括以下具体步骤：
9、1、通过合成生物学等方法合成上述磁电复合生物分子，该分子可以在体外表达后注入，亦可以通过可以基因工程的方法在体内直接表达；通过前文描述，该蛋白质具备电致伸缩效应和磁致伸缩效应。
10、2、该磁电复合生物分子可以分布在神经细胞膜上，也可以分布在膜周围；
11、3、当神经信号传来时，细胞膜电位会发生变化，该电位变化会形成电场变化，导致磁电复合生物分子中第一电响应生物物质单元发生变形；
12、4、由于磁电复合生物分子中磁响应生物物质单元和第一电响应生物物质单元紧密结合在一起，因此电场变化导致的变形会传递给磁响应生物物质单元；
13、5、磁响应生物物质单元的变形，会导致其自带的磁场发生变化；
14、6、该磁场变化可以通过体外磁感知设备如原子磁力计等设备探测到，进而可以实现对体内电活动的监测；
15、7、通过实验可以标定体内电活动与体外磁场变化之间的量化关系，进而实现对体内电活动的量化探测。
16、进一步的，本专利技术提出一种通过磁场信号刺激神经，用于疾病治疗的方法，亦即通过磁致伸缩蛋白进行神经刺激的方法，亦即通过外加磁场可以实现对神经的电刺激，即提出一种利用生物物质进行体内电刺激的方法，例如在脑起搏领域，可以利用所述蛋白质将进行无源无线神经刺激，包括以下具体步骤：
17、1、通过合成生物学等方法合成上述磁电复合生物分子，该分子可以在体外表达后注入，亦可以通过可以基因工程的方法在体内直接表达；通过前文描述，该蛋白质具备电致伸缩效应和磁致伸缩效应。
18、2、该磁电复合生物分子可以分布在神经细胞膜上，也可以分布在膜周围；
19、3、通过在外界施加磁场，磁响应生物物质单元会发生变形，
20、4、由于磁电复合生物分子中磁响应生物物质单元和第一电响应生物物质单元紧密结合在一起，因此磁场变化导致的变形会传递给第一电响应生物物质单元；
21、5、第一电响应生物物质单元的变形，会导致第一电响应生物物质单元上面的附着的电响应结构单元空间位置的变化，进而发生电场变化；
22、6、该电场的变化会进一步导致神经膜电位发生变化，进而形成神经冲动，通过控制该神经冲动发生的频率及强度，可以实现脑起搏等不同的神经刺激功能。
23、进一步的，一种所述磁电复合生物分子可以由一个或者多个所述磁响应生物物质单元和第一电响应生物物质单元形成磁电复合生物分子的多个亚基，使得磁响应生物物质本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，包括磁响应生物物质单元(1)，其特征在于：所述磁响应生物物质单元(1)包括磁主体结构单元(11)与磁响应结构单元(12)；
2.根据权利要求1所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：所述磁响应生物物质单元(1)可独自或者与其他磁响应生物物质单元(1)组合成磁场感受生物物质体，可以在磁场的作用下，发生变形或者位移，也可以通过外力作用下导致的整体变形进一步来引起磁场的变化。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：所述磁主体结构单元(11)由蛋白质螺旋，即α-螺旋(α-helix)组成。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：所述电响应生物物质为第一电响应生物物质单元(2)。
5.根据权利要求4所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：所述第一电响应生物物质单元(2)包括电主体结构单元(21)与电响应结构单元(22)，所述电主体结构单元(21)由蛋白质螺旋如α-螺旋(α-helix)组成，所述电响应结构单元
6.根据权利要求4所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：所述第一电响应生物物质单元(2)可以独自或者与其他第一电响应生物物质单元(2)组合成电场感受生物物质体，可以在电场的作用下，发生变形或者位移，也可以通过外力作用下导致的整体变形进一步来引起电场的变化。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：一种所述磁电复合生物分子(3)可以由至少一个磁响应生物物质单元(1)和至少一个第一电响应生物物质单元(2)组合而成，所述磁响应生物物质单元(1)和第一电响应生物物质单元(2)之间可以通过分子键组合在一起，也可以通过范德华力等方式组合在一起。
8.根据权利要求1所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：一种所述磁电复合生物分子(3)可以由一个或者多个所述磁响应生物物质单元(1)和第一电响应生物物质单元(2)形成磁电复合生物分子(3)的多个亚基，使得磁响应生物物质单元(1)和第一电响应生物物质单元(2)能紧密结合在一起，并进一步使得磁电复合生物分子(3)可以响应外界磁场生成电场变化，或者响应外界电场生成磁场变化，该蛋白质具备电致伸缩效应和磁致伸缩效应。
9.根据权利要求1所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：一种所述磁电复合生物分子(3)为大型分子结构，该分子由多个磁响应生物物质单元(1)、多个第一电响应生物物质单元(2)和多个附属支撑亚基(5)组成。
10.根据权利要求1所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：所述电响应生物物质为第二电响应生物物质单元，所述第二电响应生物物质单元为Piezo1分子(4)，一种所述磁电复合生物分子(3)为一种特殊的Piezo1磁生物物质体，该特殊的Piezo1磁生物物质体由磁响应生物物质单元(1)通过化学键(41)与Piezo1分子(4)紧密结合在一起。
...【技术特征摘要】
1.一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，包括磁响应生物物质单元(1)，其特征在于：所述磁响应生物物质单元(1)包括磁主体结构单元(11)与磁响应结构单元(12)；
2.根据权利要求1所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：所述磁响应生物物质单元(1)可独自或者与其他磁响应生物物质单元(1)组合成磁场感受生物物质体，可以在磁场的作用下，发生变形或者位移，也可以通过外力作用下导致的整体变形进一步来引起磁场的变化。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：所述磁主体结构单元(11)由蛋白质螺旋，即α-螺旋(α-helix)组成。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：所述电响应生物物质为第一电响应生物物质单元(2)。
5.根据权利要求4所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：所述第一电响应生物物质单元(2)包括电主体结构单元(21)与电响应结构单元(22)，所述电主体结构单元(21)由蛋白质螺旋如α-螺旋(α-helix)组成，所述电响应结构单元(22)通过化学键(41)的原子间结合方式附着在电主体结构单元(21)上，一个所述电主体结构单元(21)上可以附着一个或者多个电响应结构单元(22)，所述电响应结构单元(22)可以是一个或者多个带正电荷的精氨酸或赖氨酸等电响应结构。
6.根据权利要求4所述的一种基于磁电复合生物物质的脑机接口，其特征在于：所述第一电响应生物物质单元(2)可以独自或者与其他第一电响应生物物质单元(2)组合成电场感受生物物质体，可以在电场的作用下，发生...
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