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BrainGate團隊首次實現(xiàn)了人類大腦信號與計算機之間的無線高帶寬傳輸

MEMS ? 來源:中國電子報 ? 作者:中國電子報 ? 2021-04-12 10:37 ? 次閱讀
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只需要在腦海中想一下,就可以操控計算機完成所想的任務(wù),比如在電腦屏幕上打字,或者是操控機械臂完成各種動作??苹秒娪袄锏摹耙饽羁刂啤闭娴囊呷氍F(xiàn)實了。最新研究顯示,來自美國的 BrainGate 團隊首次實現(xiàn)了人類大腦信號與計算機之間的無線高帶寬傳輸。

據(jù)介紹,這套全新的 “無線腦機接口”(BWD)系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成,一部分是位于大腦皮質(zhì)內(nèi)的電極陣列,另一部分是位于體外的無線發(fā)射器。無線發(fā)射器是一個5cm大小、43g 重的小型裝置,固定在使用者的頭部,與大腦運動皮層內(nèi)的電極陣列相連,可以捕捉大腦神經(jīng)元發(fā)出的信號并翻譯為電腦指令,以便使用者控制機械來完成操作。

與此前研發(fā)的腦機接口相比,這套系統(tǒng)一方面實現(xiàn)了從有線到無線的突破,擺脫了繁冗的電纜束縛,讓使用者可以脫離實驗環(huán)境進入真實的生活場景進行意念控制的體驗;另一方面,通過“全寬帶保真度”和“單神經(jīng)元分辨率”來傳輸大腦信號,有效保證了準確性和保真度。

究竟什么叫做“腦機連接”?根據(jù)生物學常識,大腦皮質(zhì)中分布著大約200億個神經(jīng)元,每個神經(jīng)元有高達1000個通向其他神經(jīng)元的突觸連接,不僅負責我們的聽覺、視覺等復雜的感官信息,還掌握著我們的語言、運動、思考、性格等。腦機接口技術(shù)簡單來說,就是通過刺激或記錄神經(jīng)元的方式,將外部設(shè)備與大腦相連,實現(xiàn)信息的雙向交換。

當下,主流腦機接口設(shè)備分為三類:一類是讀取頭皮腦電圖(EEG)的腦電帽,無需植入,只需將電極粘貼在頭皮上,即可記錄大腦中的電流變化;第二類是讀取皮層腦電圖(ECoG)的芯片、電極和傳感器,電極需植入大腦表層;第三類是讀取腦組織內(nèi)部信號的皮質(zhì)內(nèi)電極(Intracortical BCI,iBCI),電極需植入大腦皮層內(nèi)部。

其中,iBCI 的信號分辨率最高,但在安全性、材料穩(wěn)定性和倫理等方面的風險也是最大的。而此次BrainGate 的 iBCI 無線腦機接口已經(jīng)成功獲得了美國食品和藥物管理局、布朗大學審查委員會及所有相關(guān)合作單位的許可。兩名實驗參與者分別被植入了兩個有 96 個電極的電極陣列,利用無線設(shè)備可以通過意念在標準的平板電腦上進行指向、點擊和打字,且打字的準確率超過每分鐘 37 個字符。

在中國也有很多類似的研究。此前,浙江大學腦機接口團隊首次通過對腦內(nèi)植入Utah陣列電極,幫助一位72歲高齡的高位截癱志愿者,利用意念控制機械手臂的三維運動,實現(xiàn)進食、飲水和握手等一系列上肢重要功能運動,在“植入式腦機接口臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究”上取得了重要的階段性成果。但需要注意的是,這種侵入式腦機接口的效果并非永久性的。隨著時間的推移,周圍的膠質(zhì)細胞會逐漸將電極包裹起來,電極監(jiān)測到的神經(jīng)元活動會越來越少。

實際上,腦機接口技術(shù)目前仍處于探索與研究階段,面臨著腦科學、腦電信號采集、神經(jīng)解碼和編碼、安全性、通信速度等諸多亟待解決的問題,距離商業(yè)化還有一段距離。然而,可以預見的是,該技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用空間,在醫(yī)療健康、航空航天、教育、娛樂、智能家居等多個領(lǐng)域皆有落地可能。市場研究機構(gòu)Valuates Reports報告顯示,預計到2027年,全球腦機接口市場規(guī)模或達到38.5億美元。

責任編輯:lq

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原文標題:意念控制成真?科學家首次實現(xiàn)腦機接口無線連接

文章出處:【微信號:MEMSensor,微信公眾號:MEMS】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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