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意念控制成真?科學家首次實現腦機接口無線連接

“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,比如在電腦屏幕上打字,或者是操控機械臂完成各種動作?!笨苹秒娪袄锏摹耙饽羁刂啤闭娴囊呷氍F實了。最新研究顯示,來自美國的 BrainGate 團隊首次實現了人類大腦信號與計算機之間的無線高帶寬傳輸。

據介紹,這套全新的 “無線腦機接口”(BWD)系統由兩部分構成,一部分是位于大腦皮質內的電極陣列,另一部分是位于體外的無線發射器。無線發射器是一個 5cm 大小、43g 重的小型裝置,固定在使用者的頭部,與大腦運動皮層內的電極陣列相連,可以捕捉大腦神經元發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。

與此前研發的腦機接口相比,這套系統一方面實現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”?根據生物學常識,大腦皮質中分布著大約200億個神經元,每個神經元有高達1000個通向其他神經元的突觸連接,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。腦機接口技術簡單來說,就是通過刺激或記錄神經元的方式,將外部設備與大腦相連,實現信息的雙向交換。

當下,主流腦機接口設備分為三類: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部信號的皮質內電極(Intracortical BCI,iBCI),電極需植入大腦皮層內部。

其中,iBCI 的信號分辨率最高,但在安全性、材料穩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化應用研究”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,周圍的膠質細胞會逐漸將電極包裹起來,電極監測到的神經元活動會越來越少。

實際上,腦機接口技術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,距離商業化還有一段距離。然而,可以預見的是,該技術具有廣泛的應用空間,在醫療健康、航空航天、教育、娛樂、智能家居等多個領域皆有落地可能。市場研究機構Valuates Reports報告顯示,預計到2027年,全球腦機接口市場規?;蜻_到38.5億美元。

責任編輯:宋婧


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