陕西安防资质网

“脑机接口”设想成为真技术

发表时间:2020-12-04

提到脑机接口,你会想到什么?是话题感十足的Neuralink公司研发的大脑芯片?还是电影《X-men》中X教授通过“脑波强化机”能够将他的脑电波放大,与任何地方的任何人实现连接的情节?实际上,听起来科幻感十足的脑机接口概念,已经离大家的生活越来越近了,甚至已经在一些领域,实现了划时代的应用价值,一些在我提出这一设想之初完全没能想到的重要应用。

  脑机接口初设想

  那什么是脑机接口呢?一开始,我们希望将活体动物或人类的大脑与设备直接连接,比如电子的、机械的甚至是虚拟的人造设备。它们无需放在连接对象的近旁,我们可以把它们放在另一个房间,另一个国家 ,甚至地球另一端。

脑机接口

  通过脑机接口精准游戏的恒河猴

  最初的实验是在猴子身上进行的,之后才逐步实现了人类实验。第一个实验中,一只恒河猴学会了如何控制最初版本的脑机接口。该设备能控制显示屏上电脑光标的移动,让这只猴子和我们一样玩电子游戏。这个游戏需要猴子通过操纵杆,让光标穿过显示屏上随机出现的一个球体。

  每一次光标成功穿过目标,猴子就能得到一滴喜爱的橙汁作为奖励。但它不知道的是,每次正确完成操作,我们就会记录下它大脑中100个神经元的活,然后把这些脑电信号发送给一组计算机。由它们来提取其中的运动指令,将其嵌入、然后转化为机械手臂可以理解的电子指令。

  我们当时的想法是:等猴子能够非常熟练地通过操纵杆玩游戏的时候,我们就拿走操纵杆,打开脑机接口,观察猴子能否在仅靠想象,不涉及任何身体动作的情况下让机械手臂控制光标穿过目标。果然,猴子做到了。至此我们已经完成了实验的上半部分——将大脑从身体的束缚中解放出来,使之能够直接与外部世界互动。

  实验用到的这个操纵杆惯性非常低 ,精准度很高。一开始,猴子用操纵杆玩游戏,就能够准确地将光标移入目标中。每一次操作完成,猴子都会得到一滴它喜欢的橙汁。猴子对游戏越来越熟练,每天玩一个小时 ,准确率能达到99%以上。这时候我们意识到,是时候首次测试一下,通过脑机接口进行实时操作了。

  于是我们拿走了操纵杆,让猴子自然地坐在椅子上。我们问自己:猴子能不能弄明白 它只需要动脑想象,就可以让机械手臂控制光标,然后和之前一样得到果汁呢?来看它的操作,它做到了。猴子的身体没动,手臂也没动,只是想象着把光标移到目标内。与此同时,我们的电脑记录下猴子大脑发出的电信号,提取其中能够控制真实手臂活动的运动指令,转变其路径,使之控制机械手臂来完成游戏。

通过脑机接口精准游戏的恒河猴

  正如大家所见,逐渐地,猴子能越来越熟练地用大脑控制机械手臂完成游戏,无需任何身体动作。这只是脑机接口发展之初的情况。

  在过去20多年里,我们制造出了很多不同种类的脑机接口。比如同时控制两只机械手臂的,还有控制腿部的,但接下来我要说的是其中最复杂的一种,我们称之为“脑-机-脑接口”。

  大家应该都知道,声音的大小和振动频率的高低是相对应的。猴子控制着一个虚拟手指,触摸这两个触觉振动频率不同的物体,然后做出选择以获得果汁。手指划过物体,猴子看到的就只是这样的图像,但它需要选择哪个触感振动频率更高。如果它成功把手指停留在那个触感振动频率更高的物体上,就能得到一滴橙汁。值得注意的是,每个任务中两个物体的频率比是不同的,所以难度相当高。但是这只猴子做到了,就像用自己的手指完成的一样好。  

       有了这样的发现后,我们意识到,它的意义将远远超过我38年来一直在寻找的新的大脑研究方法。或许这一发现,可以转化成新的治疗手段,用以帮助全世界2500万因为严重的脊柱损伤而在痛苦中挣扎的人们。大家可能都知道,这样的损伤一旦发生,病人就会丧失感觉和活动能力,受伤部位以下的身体无法动弹。这是因为大脑发出的包含着运动指令的电信号,无法再通过脊柱中的神经传输至身体的边缘部位。

大脑控制该机械身体

  那要如何处理这些无法在体内传输的脑电信号呢?我们的方法是使用脑机接口,从大脑中采集这种不断产生的信号,但并不指望脊柱来发挥其原本的传输作用,而是绕过这一环节。我们制造出了一种计算机电子旁路,将采集到的脑电信号绕过损伤部位,以数字形式传输至一个可穿戴式的全新机械身体中,病人可以通过大脑控制该机械身体,使其移动到某一位置。

  我们希望外骨骼脚部每一次接触地面时,都能向病人的前臂发送触觉反馈信号。这样,病人就能体会到到踩在地面的感觉,感受地面的触感 、硬度,踩在什么样的地面上,能走多远?甚至能接收到温度反馈。有时候科学就是可以给你带来意想不到的惊喜。如你有其他兴趣可以继续关注陕西安防资质网!


分享到:
微信分享 X

打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮