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意念打字、心灵控制、大脑永生…这不是科幻大片,这是过去一年「脑机接口」领域的重磅突破!

安在  · 公众号  · 互联网安全  · 2017-08-17 17:42

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典型的系统有脑电图( EGG ),脑电图是有潜力的非侵入式脑机接口的主要信息分析技术之一,这主要是因为该技术良好的时间分辨率、易用性、便携性和相对低廉的价格。



但是,脑电图技术的一个问题是它对噪声的敏感;另一个使用EEG作为脑机接口的现实障碍是用户在工作之前要进行大量的训练。


2.信息分析

收集好了足够多的信息后,就要进行信号的解码和再编码以处理干扰。脑电信号采集过程中的干扰有很多,如工频干扰、眼动伪迹、环境中的其他电磁干扰等。


分析模型是信息解码环节的关键,根据采集方式的不同,一般会有脑电图( EGG),皮层脑电图(ECoG)等模型可以协助分析。

信号处理、分析及特征提取的方法包括去噪滤波、 P300信号分析、小波分析+奇异值分解等。

3. 再编码

将分析后的信息进行编码,如何编码取决于希望做成的事情。比如控制机械臂拿起咖啡杯给自己喝咖啡,就需要编码成机械臂的运动信号,在复杂三维环境中准确控制物体的移动轨迹及力量控制都非常的复杂。

但编码形式也可以多种多样,这也是脑机接口可以几乎和任何工科学科去结合的原因。最复杂的情况包括输出到其他生物体上,比如小白鼠身上,控制它的行为方式。

4.反馈

获得环境反馈信息后再作用于大脑也非常复杂。人类通过感知能力感受环境并且传递给大脑进行反馈,感知包括视觉、触觉、听觉。

脑机接口实现这一步其实是非常复杂的,包括多模态感知的混合解析也是难点,因为反馈给大脑的过程可能不兼容。

脑机接口 ”大事记


1924年,德国精神病学家Hans Berger发现了EEG(脑电图)。


1969年,华盛顿大学医学院利用猴子进行脑电生物反馈的研究。


1990年代,Nicolelis完成对老鼠运动脑电波的初步研究后,在夜猴(Aotus trivirgatus)内实现了能够提取皮层运动神经元的信号来控制机器人手臂的实验。

1999年,哈佛大学的Garrett Stanley试图解码猫的丘脑外侧膝状体内的神经元放电信息来重建视觉图像。


2000年后,Donoghue小组实现恒河猴对计算机屏幕上的光标的运动控制来追踪视觉目标,其中猴子不需要运动肢体。


2009美国南加州大学的Theodore Berger小组研制出能够模拟海马体功能的神经芯片。该小组的这种神经芯片植入大鼠脑内,使其称为第一种高级脑功能假体。


2014年巴西世界杯——机器战甲,身着机器战甲的截肢残疾者,凭借脑机接口和机械外骨骼开出了一球。


2014年,华盛顿大学的研究员通过网络传输脑电信号实现直接“脑对脑”交流。


2016年8月,8名瘫痪多年的脊髓损伤患者,通过不断训练,借用脑机接口控制仿生外骨骼,利用VR技术解决触觉的反馈问题,他们的下肢的肌肉功能和感知功能得到部分恢复。


2016年9月,斯坦福大学神经修复植入体实验室的研究者们往两只猴子大脑内植入了脑机接口,通过训练,其中一只猴子创造了新的大脑控制打字的记录——1分钟内打出了12个单词,即莎士比亚的经典台词“To be or not to be.That is the question”。


2016年10月,世界第一届Cybathlon半机械人运动会在瑞士苏黎世正式拉开帷幕,来自21个国家、一共50支队伍的残疾人运动员在辅助设备的帮助下参加比赛。赛事共分为6个比赛项目:动力假肢竞赛(上肢和下肢)、外骨骼驱动竞赛、功能性电刺激自行车赛、轮椅竞赛、脑机交互竞赛。


2016年10月13日,瘫痪男子Nathan Copeland利用意念控制的机械手臂和美国总统奥巴马“握手”,此举意味着完全瘫痪病人首次恢复了知觉。


2016年11月,荷兰一名肌萎缩侧索硬化(ALS)的闭锁综合征女患者de Bruijne将脑机接口技术从实验室带入了家庭环境中,无需医疗人员协助也能与他人进行思想交流。脑机接口植入28周后,de Bruijne已经能够准确和独立地控制一个计算机打字程序,差不多一分钟可以打出 2 个字母,准确率达到95%。


2016年12月,美国明尼苏达大学的Bin He与他的团队取得一项重大突破,让普通人在没有植入大脑电极的情况下,只凭借“意念”,在复杂的三维空间内实现物体控制,包括操纵机器臂抓取、放置物体和控制飞行器飞行。经过训练,试验者利用意识抓取物体的成功率在80%以上,把物体放回货架上的成功率超过70%。该研究成果有望帮助上百万的残疾人和神经性疾病患者。

2017年2月,斯坦福大学电气工程教授KrishnaShenoy和神经外科教授JaimieHenderson发表论文宣布他们成功让三名受试瘫痪者通过简单的想象精准地控制电脑屏幕的光标,这三名瘫痪患者成功通过想象在电脑屏幕上输入了他们想说的话,其中一名患者可以在1分钟之内平均输入39个字母。


2017年4月,Facebook在F8大会上宣布了“意念打字”的项目,希望未来能通过脑电波每分钟打100个字,比手动打字快5倍。专业人士称,Facebook的“意念打字”是扫描大脑海马体里语言这块的信息,记录说话之前和说话过程中细胞里的变化。从透露的信息获知,他们尝试通过血液的温度信息来做判断。








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