瘫痪者的新生:可凭「意念控制」计算机(附论文、演示视频)

瘫痪者的新生:可凭「意念控制」计算机(附论文、演示视频)
2021年04月21日 18:35 云头条

在一项试验性研究中,两名志愿者使用一种新的无线BCI系统上网冲浪、编写电子消息。

一名在家里的试验对象头顶上的两个无线发射器很显眼房间周围共装有四根天线,后面的那根天线是其中一根

2015年,BrainGate项目迎来了里程碑事件:几名四肢瘫痪的志愿者可以凭意念打字。但是要完成这一壮举,必须将参与者连接到一台固定计算机上,以便传输大量数据进行处理。

在最近的一项突破中,BrainGate的研究人员成功地开发了一种无线脑机接口(BCI),避免了这种笨拙的连接,让使用者不仅可以打字,还可以舒适地待在家里即可上网冲浪。

3月30日发表在《IEEE生物医学工程汇刊》上的一项研究描述了两名四肢瘫痪的志愿者如何试用一种新的无线BCI系统,使用该系统打开微软Windows开始菜单,享用一系列流行的应用程序。

对于许多瘫痪的人来说,他们的大脑“命令”肌肉活动的功能完好无损,即使这些信号没有传到肌肉、导致肌肉活动。BCI的工作原理如下,使用植入大脑的电极来检测这些命令信号,并将这些信号转发到使用AI对信号解码的计算机。这样一来,瘫痪的人可以设想在计算机上移动光标,然而计算机可以为他们完成相应操作。

就在不久前,这项技术还需要连线系统来转发数据,但是以无线方式完成这一壮举是个全新的挑战。布朗大学工程学院的研究助理教授John Simeral参与了BrainGate项目,他解释:“用于神经控制光标的无线BCI需要放大[大脑]中的数百个微弱电信号,并进行数字化处理,然后连续数小时将其传输到附近的设备,几乎没有任何延迟。”

Simeral特别指出,所需的带宽和功率效率“非同寻常”。这相当于在笔记本电脑上同时流式传输48段高清视频,而延迟不到100毫秒。这个为期多年的项目由BrainBate的合作者Arto Nurmikko教授和Simeral在布朗大学的实验室共同领导,设计了一种能够以低功耗实现这一壮举的无线发射器。

经过多年的开发后,这种新的无线BCI最近在两名研究参与者身上进行了测试,这两名男子年龄分别是63岁和35岁,均因脊髓损伤导致四肢瘫痪。这两个人成功地使用无线BCI打开了Windows启动菜单,并使用许多应用程序,包括Pandora、Skype、YouTube、Gmail和Weather应用程序。那位65岁的参与者使用无线系统以及屏幕键盘,在NotePad中每分钟能够键入13.4个正确的字符。

虽然研究参与者能够在自己的家里使用无线BCI,但研究人员将这些操作与原始的有线BCI系统进行了比较,结果发现两种不同的方法具有相似的表现。

Simeral说:“无线系统在四肢瘫痪患者的家中有如此出色的表现,我们感到非常兴奋。”他特别指出,迄今为止,针对无线原型的所有测试都在受控制的实验室环境中进行。“尽管所有无线活动都在参与者的住所进行,尽管附近有医疗设备甚至无线信号发射塔,但还是高保真度、高可靠性地记录并解码了神经信号。”

Simeral特别指出,BCI领域的这一最新进展不会是最后的进展。他预计这项技术将继续发展,有朝一日更多患有严重残疾的人能够从中受益。他说:“关于大脑如何工作,还有很多知识有待探究——新的认知对于将来推动BCI发展以及BCI之外的研究将至关重要。”

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