人體交互接口實(shí)驗(yàn)套件

1. 產(chǎn)品概述

Human-Human Interface (HHI) 是由 Backyard Brains 推出的實(shí)驗(yàn)與教學(xué)裝置，用于演示并體驗(yàn)“一個大腦控制另一只手臂”的神經(jīng)科學(xué)現(xiàn)象。

通過采集一位實(shí)驗(yàn)參與者（“發(fā)送者”）的肌肉/神經(jīng)信號，并將其轉(zhuǎn)換為可刺激另一位實(shí)驗(yàn)參與者（“接收者”）手臂肌肉的電脈沖，從而在不受“接收者”主觀意愿控制的情況下，引發(fā)其手臂肌肉收縮。

這種實(shí)驗(yàn)過程，直觀地演示了神經(jīng)生理學(xué)中關(guān)于動作電位產(chǎn)生、神經(jīng)傳導(dǎo)以及肌肉收縮等核心概念，也激發(fā)了人們對大腦控制及人機(jī)接口技術(shù)的興趣。

人體交互接口實(shí)驗(yàn)套件

2. 核心功能與特點(diǎn)

（1）大腦-肌肉信號跨人體傳輸

? 利用表面電極先從“發(fā)送者”的肌電信號中提取動作電位，并通過放大與處理后，對“接收者”的手臂肌肉施加電刺激，實(shí)現(xiàn)跨人體信號傳輸?shù)难菔尽?/p>

（2）直觀的神經(jīng)科學(xué)原理教學(xué)

? 用戶可親身體驗(yàn)外部神經(jīng)刺激對肌肉的影響，從而更直觀地理解神經(jīng)傳導(dǎo)與肌肉收縮的機(jī)制。

（3）實(shí)驗(yàn)操作簡便

? 提供必要的電極、線材和操作手冊，按步驟連接后即可開展互動式神經(jīng)科學(xué)演示或教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

（4）安全設(shè)計(jì)

? 刺激電流在安全范圍內(nèi)，不會對正常健康皮膚和肌肉造成過度刺激；

? 需嚴(yán)格遵循操作手冊進(jìn)行使用，避免錯誤連接或在破損皮膚上貼電極。

（5）跨學(xué)科教學(xué)價值

? 涉及神經(jīng)生理學(xué)、肌肉解剖學(xué)、電路與信號處理等知識，為 STEM 教育及跨學(xué)科創(chuàng)客項(xiàng)目提供演示與研究平臺。

3. 應(yīng)用場景及價值

（1）課堂演示與互動實(shí)驗(yàn)

? 適合在中學(xué)、高校及科普場合中使用，進(jìn)行神經(jīng)科學(xué)或肌肉生理學(xué)的教學(xué)演示；

? 學(xué)生可通過體驗(yàn)“被控制”與“控制他人”的手臂來了解動作電位及神經(jīng)信號的傳遞過程。

（2）科研與實(shí)驗(yàn)探索

? 能用于基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)或生物醫(yī)學(xué)工程的簡單電刺激示范，或進(jìn)行跨人體信號傳輸?shù)瘸醪窖芯浚?/p>

? 研究人員可在不同刺激參數(shù)下觀察肌肉反應(yīng)的差異。

（3）科普及公眾活動

? 在科學(xué)展覽或科普活動中，互動性高的演示能顯著提升觀眾參與度；

? 有助于讓非專業(yè)群體切身體會到神經(jīng)科學(xué)的神奇之處。

4. 產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格

以下規(guī)格基于介紹及說明手冊，具體請以 Backyard Brains 最新版信息為準(zhǔn)：

（1）信號采集與放大

? 通過表面電極采集“發(fā)送者”的動作電位 (EMG)，由集成電路進(jìn)行放大及濾波處理。

（2）電刺激輸出

? 將經(jīng)過處理的信號轉(zhuǎn)換為低強(qiáng)度刺激脈沖，通過 TENS（經(jīng)皮電刺激）原理作用于“接收者”手臂肌肉；

? 可在安全范圍內(nèi)調(diào)節(jié)刺激強(qiáng)度和頻率。

（3）連接與兼容

? 使用電極線纜和標(biāo)準(zhǔn) 3.5 mm 音頻或定制接口連接放大器/刺激器；

? 可搭配 Backyard Brains 軟件或示波器進(jìn)行實(shí)時波形監(jiān)測，也可與第三方應(yīng)用整合。

（4）電源與供電

? 一般使用 9V 電池或 USB 供電（具體視版本配置）；

? 需保證電源穩(wěn)定，以提供可靠的信號輸出。

（5）安全范圍

? 刺激輸出設(shè)計(jì)基于教學(xué)及示范用途，電流和電壓處于安全閾值內(nèi)；

? 仍須嚴(yán)格遵守安全手冊進(jìn)行操作。

5. 使用流程示例

（1）前期準(zhǔn)備

?  “發(fā)送者”在前臂貼好采集電極，并連接放大器；

?  “接收者”在對應(yīng)手臂位置貼好刺激電極。

（2）設(shè)備調(diào)試與連接

? 確保放大器及電刺激器電源正常；

? 根據(jù)操作指南連接“發(fā)送者”肌電輸出與“接收者”電刺激輸入；

? 檢查電極位置與信號強(qiáng)度后，方可開啟電刺激電路。

（3）采集與演示

? “發(fā)送者”做簡單收縮動作，設(shè)備將其肌電信號放大并傳輸至“接收者”刺激電極；

? “接收者”手臂會出現(xiàn)相應(yīng)的肌肉收縮，產(chǎn)生“他人腦-自己手臂”的控制效果。

（4）觀測與記錄

? 可結(jié)合示波器或應(yīng)用軟件觀測“發(fā)送者”肌電波形和“接收者”肌肉響應(yīng)；

? 調(diào)節(jié)刺激參數(shù)并記錄反應(yīng)，為教學(xué)或研究提供直觀數(shù)據(jù)。

（5）安全關(guān)閉與后續(xù)處理

? 完成實(shí)驗(yàn)后先關(guān)閉刺激電源，再取下電極并清潔皮膚；

? 妥善保存設(shè)備和耗材，確保下次演示的安全與完整。

6. 安全及合規(guī)

（1） **安全注意事項(xiàng)**

? 僅在健康、皮膚完整區(qū)域使用電極；

? 嚴(yán)格遵守操作指南，不得隨意增加電流或電壓；

? 在醫(yī)療環(huán)境或特殊人群（孕婦、心臟病患者等）中使用需咨詢專業(yè)意見。

（2）**合規(guī)性**

? 該設(shè)備主要用于教學(xué)、科普演示，不具備臨床診斷功能；

? 若用于人體研究或?qū)嶒?yàn)，應(yīng)遵循當(dāng)?shù)貍惱砼c醫(yī)療器械法規(guī)。

7. 配置清單

（1）1x HHI 設(shè)備

（2）1 個 9V 電池

（3）1 根橙色電纜（用于 EMG 輸入）

（4）1x 黑色電纜（用于刺激輸出）

（5）1 根綠色電纜（用于連接智能手機(jī)）

（6）50x 電極貼片（用于 EMG 記錄）

（7）4x TENS 電極貼片（用于刺激）

8. 綜合評價

Human-Human Interface 以一種生動、互動且具沖擊力的方式，向觀眾展示了神經(jīng)信號傳導(dǎo)與肌肉動作電位的奧秘。設(shè)備使用者能夠直接感受到跨人體電刺激帶來的“控制”與“被控制”體驗(yàn)，直觀感知神經(jīng)科學(xué)的魅力與原理。

在教學(xué)與科研層面，此裝置為演示性神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和初步跨人體信號研究提供了簡易平臺，具有高度的教育價值與科普意義。由于其原理涉及電刺激，用戶在操作中需嚴(yán)格遵守安全規(guī)定與合規(guī)要求。

對于想在課堂、實(shí)驗(yàn)室或公開科普活動中打造震撼式神經(jīng)科學(xué)體驗(yàn)的用戶而言，Human-Human Interface 無疑是值得考慮的優(yōu)選設(shè)備。