编译 | 心缘

编辑 | 漠影

智东西4月20日,脑机接口技能能实现意念操控,已经不是什么新鲜事。

jsp光标事件脑机接口新进展初次实现无线衔接随时随地意念操控 Ruby

不过,以往脑机接口设备都要通过有线系统将脑电波旗子暗记传输到打算机,如果改用无线技能,那难度可就大多了。

最近,BrainGate研究职员成功地创造了一个无线脑机接口(BCI),用户脑袋上夹两个无线发射机,就能隔空在屏幕上打字、浏览网站。

看起来打字速率挺慢?对付普通人来说,这可能是个不怎么方便的体验,但对付四肢无法自由移动、无法直接发声的瘫痪患者来说,这一进步,已经为他们供应了相称大的互换便利。

这项新研究首次实现无线高宽带传输脑机接口,利用者无需将脑袋和打算机用长长的线连在一起,亦无需固定在某一特定区域,而是能在任意空间运用脑机接口设备。

研究在3月30日揭橥于《IEEE生物医学工程汇刊》(IEEE Transactions on Biomedical Engineering)期刊上,论文题目为《四肢瘫痪患者的经皮皮质内无线脑机接口的家庭利用》(Home Use of a Percutaneous Wireless Intracortical Brain-Computer Interface by Individuals With Tetraplegia)。

论文链接:https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9390339

一、无线连接的寻衅:高带宽与低延迟

虽然瘫痪人士无法如康健人士那样灵巧运动,但他们大脑指挥肌肉移动的能力一点没少。

脑机接口通过植入大脑的电极来检测这些命令旗子暗记,然后将旗子暗记转发给用人工智能(AI)解码的打算机,由此让打算机实行相应的任务。

以往实现这一过程,须要有一个有线系统从脑机接口设备连到打算机。
过去十年,瘫痪患者已经能通过有线脑机接口实现快速的隔空打字和电脑光标掌握。

例如早在2015年,BrainGate曾以有线连接的办法,使得4位瘫痪的志愿者能用意念隔空打字。
但有线毕竟会限定脑机接口设备的利用场景,如今BrainGate做出新的考试测验——采取无线的办法来传输旗子暗记。

这是一项全新的寻衅。
参与BrainGate操持的布朗大学工程学院研究助理教授John Simeral(约翰·西默拉尔)阐明说:“用于光标神经掌握的无线脑机接口须要放大和数字化(大脑)中的数百个眇小电旗子暗记,并将其连续传输到附近设备几个小时,险些没有延迟。

西默拉尔指出,这所需的带宽和功率效率是惊人的,相称于在一台条记本电脑上同时流式传输48个高清视频,而延迟不到100毫秒。

BrainGate互助者Arto Nurmikko教授和他在布朗大学领导的实验室通过多年努力,设计一个能够以低功耗实现这一目标的无线发射机。

二、瘫痪患者能隔空打开电脑运用

研究职员将192个电极脑机接口的外部电缆更换为无线发射器,并实现了对瘫痪患者宽带场电位和脉冲活动的高分辨率记录和解码。

无线系统的一些组件

在一项实验性临床试验中,一位63岁的男子和一位35岁的男子参与了新无线脑机接口的研究测试,两人都因脊椎受伤导致四肢瘫痪。

通过无线脑机接口,两人均成功打开Windows启动菜单,并利用Pandora、Skype、YouTube、Gmail、Weather等许多运用。

65岁的参与者还能用无线系统和屏幕键盘,在NotePad记事本运用中每分钟输入13.4个精确字符。

三、在家庭环境中,性能表现靠近有线系统

研究职员还通过实验,将在家庭环境中利用无线脑机接口系统与有线系统的效果做了比较,创造两种方法对神经旗子暗记质量的影响微乎其微。

在家庭场景中有线和无线配置下的人类皮质内旗子暗记记录

实验结果解释,无线办理方案可以替代现有脑机接口研究中的有线配置。
不过,如果有人站在或靠近研究参与者的头部,则可能导致部分数据丢失或造成数字噪音,这些创造也可以勉励对家庭天线放置的进一步研究。

西默拉尔说:“我们真的很愉快,无线系统在四肢瘫痪患者的家中运行得如此出色。

他提到截至目前,无线原型的所有测试都处于受控实验室设置下。
“只管参与者的生活住所里进行了各种无线活动,只管附近有医疗设备乃至无线电塔,但神经旗子暗记还是以高保真度和高可靠性记录和解码。

在他看来,在脑机接口领域的最新进展不会是末了一次。
他估量这项技能将连续发展,使得更多严重残疾者能从中受益。

“关于大脑如何事情,还有令人难以置信的知识须要学习——对付未来推进脑机接口和脑机接口以外的研究至关主要的新理解。
”西默拉尔说。

结语:无线配置有望加速脑机接口的支配

无线脑机接口的进展为人类神经科学研究供应了一个非常有代价的工具,使得瘫痪患者能更加自若的、不受韶光和空间束缚的独立利用脑机接口技能。

如果瘫痪患者能在家按需利用脑机接口,不仅将有助于严重运动障碍患者更加独立,而且也方便他们在日常生活中与家人和朋友互换。

来源:IEEE Spectrum