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“意念”打字成现实,“脑语者”芯片获突破

“意念”打字成现实,“脑语者”芯片获冲破

脑-机接口技巧已广泛利用,但仍存在技巧瓶颈和隐忧

在天津大年夜学的实验室里,实验员用“意念”进行“隔空打字”。 记者宋瑞摄

在天津大年夜学某实验室内,一块布满字符和符号的屏幕上,玄色方块频繁闪烁。一名男生佩戴着布满灵敏电极的玄色脑电极帽,紧盯屏幕,在无需双手操作的环境下,经由过程“意念”“隔空打字”,将字符输入指定区域。

实验室外,“隔空打字”的速率竞赛,已在赛场上演。2019年8月,天津大年夜学周详仪器与光电子工程学院神经工程与康复实验室钻研生魏斯文,在2019天下机械人大年夜会的“BCI脑控机械人大年夜赛暨第三届中国脑机接口比赛”中,以最高每分钟691比特的脑控打字解码速率,夺得桂冠。

通俗人用手在触屏手机上打字的速率,约为每分钟600比特。魏斯文在不用手、不用键盘的环境下,用“意念”每分钟解码输出69个汉字,已跨越通俗人用触屏手机打字的速率。

“意念”打字,使用的恰是脑-机接口技巧(brain-computer interface,BCI)。

脑-机接口技巧被誉为人脑与外界沟通交流的“信息高速公路”,是在人脑和谋略机或其他电子设备之间,建立不依附于老例大年夜脑信息输出通路的全新技巧。

“我们大年夜脑的设法主见,平日是经由过程神经外周组织或者肌肉组织表达出来”,天津大年夜学医学工程与转化医学钻研院副教授许敏鹏说,“脑-机接口技巧则是绕过这样的正常通路,在大年夜脑和谋略机之间直接建立联系”。

今朝,脑-机接口技巧已广泛利用于医疗康复、军事、航天等领域。跟着技巧成长,脑-机交互将是未来人机通信交互的最高形态。

让康复医疗“插上同党”

在天津病院康复科的治疗室里,47岁的患者王杨佩戴好脑-机接口设备后,根据电脑提示,进行手法功能康复练习。

经历3个多月的治疗,他已经能自行进行腕枢纽关头扭转、踝枢纽关头背曲等运动。

“2年前,我在手术历程中间脏主动脉血管夹层破碎,导致脑梗,手法、脚踝枢纽关头都无法正常活动。”王杨回忆。

“后来,懂得到天津病院运用脑-机接口技巧赞助患者康复,我就报名来参加。每周来病院3次,每次进行1小时的康复练习”,王杨很荣耀,“现在我高低肢都有改良,对身段规复很有信心”。

“自今年7月起,我们正式将脑-机接口技巧利用于脑卒中患者的康复治疗临床实验中”,天津病院康复科主治医师李奇说,病院接管了21例患者,治疗效果都有显着提升。

“这种治疗要领不仅能前进患者的主动性,还可在患者受损的中枢神经中形成反馈,刺激脑的重塑或代偿,从而前进康复疗效。”李奇弥补。

使用脑-机接口技巧实现医疗康复,正在改变人们的生活。

韶光倒回至1924年,德国精神科医生汉斯·贝格尔发清楚明了脑电波——人的意识可以转化成电子旌旗灯号被读取。此后,脑-机接口技巧钻研开始呈现,但直到20世纪70年代,这项技巧才真正开始成形。

1969年,钻研员埃伯哈德·费兹将猴子大年夜脑中的一个神经元,连接到仪表盘。当神经元被触发时,仪表盘的指针会迁移转变。

实验中,假如猴子经由过程某种思虑要领触发该神经元,并让仪表盘指针迁移转变,它就能获得一颗喷鼻蕉味的丸子作为奖励。

垂垂地,猴子为了吃到丸子,越来越长于这个游戏,它学会了节制神经元的触发。偶尔中,猴子成为首个真正的脑-机接口被试工具。

1978年,视觉脑-机接口方面的前驱William Dobelle,在一位男性盲人的视觉皮层植入了68个电极的阵列,成功制造了光幻视。

该脑-机接口系统包括一个采集视频的摄像机,旌旗灯号处置惩罚装配和受驱动的皮层刺激电极。植入后,病人可以在有限的视野内,看到灰度调制的低分辨率、低刷新率点阵图像。

20世纪90年代末,脑-机接口技巧迎来了成长高潮,利用成果快速拓展,在浩繁领域显示出广阔前景。

此中,在神经康复或帮助医学领域,脑-机接口技巧在脑部外伤、肢体残疾、神经系统疾病等患者的康复和功能重修中,发挥侧紧张感化。

奥地利格拉茨科技大年夜学利用脑-机接口节制电刺激,赞助手部瘫痪病人完成了抓杯、举杯、倒水进口这一系列动作,被觉得是脑-机接口利用于助残奇迹的里程碑事故。

2014年巴西天下杯足球赛开幕式上,一名腰部以下完全瘫痪的少年,经由过程脑-机接口技巧节制下肢外骨骼,完成了开球演出,一时轰动全天下,这得益于经久的虚拟练习与外骨骼技巧的成长。

在海内,天津大年夜学神经工程团队,2014年研制成功首台适用于全肢体中风康复的人工神经机械人系统——“神工一号”。

交融了运动想象脑-机接口技巧和物理练习康复疗法,该系统在中风患者体外,仿生建筑了一条人工神经通路,颠末模拟解码患者的运动康复意念信息,进而驱动多级神经肌肉电刺激技巧,孕育发生对应动作。

“在运动康复练习的同时,这一系统能匆匆进患者受损脑区功能规复、修复和重修体内神经通路的可塑性。”团队科研职员先容。

“神工一号”在2014年问世后,继续迭代成长,如今研发出“神工三号”,技巧慢慢成熟,工艺日臻完善。

今朝,这项技巧已经在天津、山东多地三甲病院进行临床试验,为上千名患者带来新的治疗手段。

瞻望“神工”系列的未来,“我们目标是将‘神工’设计成体积更小的可穿着便携设备”,钻研职员先容,“这样,不仅能帮助病人完成更多繁杂而精细的肢体动作,还可以实时监测他们的大年夜脑激活状态,及时调剂康复练习模式。”

多领域广泛利用

除医疗康复领域外,大年夜到军事、航天领域,小到生活娱乐版块,脑-机接口技巧已在多领域广泛利用。

在军事领域,多国已经开始涉足研制脑控武器原型设置设备摆设,即让武器设置设备摆设按照人的大年夜脑意念思维履行操作。

脑控战争机、脑控坦克车……未来武器设置设备摆设大概将实现“随心所动”的智能化操作,做到感知即决策、决策即袭击,极大年夜提升设置设备摆设的袭击效能。这或许将引兴师器设置设备摆设操控模式革命。

不仅如斯,脑-机接口技巧还有潜力利用在教导、游戏、智能通讯等领域。BrainCo公司针对教导财产开拓了“Focus”系列头环,可以实现对人的留意力监测。

“脑-机接口技巧可以赞助门生,前进进修效率、提升留意力。”来自美国硅谷的教导机械人公司萝卜太辣开创人兼CEO张尧说。

该技巧还实现了用“思惟”节制电子游戏,增添了电子游戏新的娱乐功能。比拟传统鼠标、键盘节制的电子游戏,显明增添了游戏的娱乐效应。

此外,佛罗里达大年夜学开展的脑控无人机相关技巧,也徐徐利用于电子竞技行业等。

在科学钻研领域,天下列都城加大年夜了对脑-机接口技巧的钻研。

近十年里,美国在脑-机接口领域颁发的论文总数排名第一,我国位于第二位。

“脑语者”芯片取得冲破

2019年,天津大年夜学和中国电子信息财产集团相助研发了一款高集成脑-机交互芯片“脑语者”——拥有完全自立常识产权的国产芯片。

“‘脑语者’可利用于特种医学、康复医学、脑认知、神经反馈、旌旗灯号处置惩罚等领域。”钻研职员先容。

“这款芯片能识别出头皮脑电中极微弱的神经信息,高效谋略解码用户操作指令”,天津大年夜学医学工程与转化医学钻研院相关认真人先容,“这将极大年夜提升大年夜脑与机械之间的通讯效率,满意日常交流需求,让脑-机交互设备真正成为应用者的‘第三只手’”。

“‘脑语者’有望为脑-机交互技巧走向夷易近用化、便携化、可穿着化及简单易用化开辟蹊径。”这位认真人说。

据懂得,“脑语者”芯片采纳了一套高度集成的脑-机交互芯片架构,支持多通道神经信息采集、处置惩罚和交互。

“这款芯片实现了快通讯、精识别、高指令等目标。”钻研职员对记者说。

针对脑-机交互的特殊需求,“这款芯片也供给脑电编码接口、采集传输接口、解码专速器等订制化模块”,钻研职员先容,“这就形成了一套完备的嵌入式脑-机接口开拓平台。”

今朝还存技巧瓶颈

专家表示,脑-机接口技巧将经历脑-机接口、脑-机交互和脑-机交融这三个成长阶段。“当前,脑-机接口技巧正由第一阶段向第二阶段成长过渡”,这位专家先容,今朝还存在四点技巧瓶颈:传感精度低、集成谋略效率差、编解码能力弱、互适应手段缺。

面对这些问题,天津大年夜学的专家先容,要在根基道理与关键技巧、系统集成与重大年夜利用等方面实现冲破。

详细而言,要匆匆进脑-机传感、脑-机编解码、脑-机互适应等关键技巧环节的理论立异与技巧冲破。

“要成长更稳定更便携的检测电极,更高精度的传感要领,还必要成长更深层次、更全方位、更高精度的读脑技巧。”天津大年夜学的专家先容。

他弥补说,必要加强对脑-机接口专用谋略芯片的研发投入,实现高集成度、便携化、简略单纯化的脑-机接口系统。

穿上安然“防护服”

未来脑-机接口技巧,将从今朝脑-机单向接口,进化为脑-机双向“交互”,终极实现脑-机完全智能“交融”。

在此根基上,将成长出更先辈的人-机混杂智能技巧,并组建由人脑与人脑及与智能机械之间,交互连接构成的新型人机灵能收集。

“这将彻底改变现有人类与智能机械之间的关系,为人类创造出前所未有的智能期间新生活。”天津大年夜学的专家说。

然而在脑-机深度交互下,一些对付技巧成长的担忧也在逐步呈现。

“侵入式”脑-机接口技巧,是否会因为植入电极造成脑部危害?

“脑控”时代,是否会由于信息导入或者输出差错,给脑部带来危害?

对付“非侵入式”脑-机接口技巧,脑电波网络信息的无序治理和泛滥应用,是否涉及对小我隐私的侵犯?

“应用脑-机接口技巧应首先遵照知情批准原则”,专家建议,“这项技巧的应用必须是对人是有利的,不容许对他人、社会造成危害”。

别的,在应用历程中还要遵照自立性原则。

以脑-机技巧利用于治疗为例,在任何治疗历程中均应尊重患者的自立性,由患者抉择是否治疗、采取何种治疗步伐以及何时终止治疗。

“应明确限制’读脑‘的内容、光阴,且’读脑‘必须因此治疗为目的。”天津大年夜学的专家奉告记者。

“控脑”是为规复大年夜脑的功能、刺激大年夜脑的发育而采取的治疗步伐,“只容许‘控脑’用于明确的临床用途,且治疗光阴、内容、措施需有严格限定。”专家弥补。(记者翟永冠、宋瑞)

滥觞: 新华逐日电讯转自:新华网

责任编辑:唐诗絮

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