BrainGate團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了人類大腦信號(hào)與計(jì)算機(jī)之間的無(wú)線高帶寬傳輸

只需要在腦海中想一下，就可以操控計(jì)算機(jī)完成所想的任務(wù)，比如在電腦屏幕上打字，或者是操控機(jī)械臂完成各種動(dòng)作。科幻電影里的“意念控制”真的要走入現(xiàn)實(shí)了。最新研究顯示，來(lái)自美國(guó)的 BrainGate 團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了人類大腦信號(hào)與計(jì)算機(jī)之間的無(wú)線高帶寬傳輸。

據(jù)介紹，這套全新的 “無(wú)線腦機(jī)接口”（BWD）系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成，一部分是位于大腦皮質(zhì)內(nèi)的電極陣列，另一部分是位于體外的無(wú)線發(fā)射器。無(wú)線發(fā)射器是一個(gè)5cm大小、43g 重的小型裝置，固定在使用者的頭部，與大腦運(yùn)動(dòng)皮層內(nèi)的電極陣列相連，可以捕捉大腦神經(jīng)元發(fā)出的信號(hào)并翻譯為電腦指令，以便使用者控制機(jī)械來(lái)完成操作。

與此前研發(fā)的腦機(jī)接口相比，這套系統(tǒng)一方面實(shí)現(xiàn)了從有線到無(wú)線的突破，擺脫了繁冗的電纜束縛，讓使用者可以脫離實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)入真實(shí)的生活場(chǎng)景進(jìn)行意念控制的體驗(yàn)；另一方面，通過(guò)“全寬帶保真度”和“單神經(jīng)元分辨率”來(lái)傳輸大腦信號(hào)，有效保證了準(zhǔn)確性和保真度。

究竟什么叫做“腦機(jī)連接”？根據(jù)生物學(xué)常識(shí)，大腦皮質(zhì)中分布著大約200億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元有高達(dá)1000個(gè)通向其他神經(jīng)元的突觸連接，不僅負(fù)責(zé)我們的聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)等復(fù)雜的感官信息，還掌握著我們的語(yǔ)言、運(yùn)動(dòng)、思考、性格等。腦機(jī)接口技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)刺激或記錄神經(jīng)元的方式，將外部設(shè)備與大腦相連，實(shí)現(xiàn)信息的雙向交換。

當(dāng)下，主流腦機(jī)接口設(shè)備分為三類：一類是讀取頭皮腦電圖（EEG）的腦電帽，無(wú)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(nèi)部信號(hào)的皮質(zhì)內(nèi)電極（Intracortical BCI，iBCI），電極需植入大腦皮層內(nèi)部。

其中，iBCI 的信號(hào)分辨率最高，但在安全性、材料穩(wěn)定性和倫理等方面的風(fēng)險(xiǎn)也是最大的。而此次BrainGate 的 iBCI 無(wú)線腦機(jī)接口已經(jīng)成功獲得了美國(guó)食品和藥物管理局、布朗大學(xué)審查委員會(huì)及所有相關(guān)合作單位的許可。兩名實(shí)驗(yàn)參與者分別被植入了兩個(gè)有 96 個(gè)電極的電極陣列，利用無(wú)線設(shè)備可以通過(guò)意念在標(biāo)準(zhǔn)的平板電腦上進(jìn)行指向、點(diǎn)擊和打字，且打字的準(zhǔn)確率超過(guò)每分鐘 37 個(gè)字符。

在中國(guó)也有很多類似的研究。此前，浙江大學(xué)腦機(jī)接口團(tuán)隊(duì)首次通過(guò)對(duì)腦內(nèi)植入U(xiǎn)tah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(jī)械手臂的三維運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)食、飲水和握手等一系列上肢重要功能運(yùn)動(dòng)，在“植入式腦機(jī)接口臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)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(jī)接口的效果并非永久性的。隨著時(shí)間的推移，周圍的膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)逐漸將電極包裹起來(lái)，電極監(jiān)測(cè)到的神經(jīng)元活動(dòng)會(huì)越來(lái)越少。

實(shí)際上，腦機(jī)接口技術(shù)目前仍處于探索與研究階段，面臨著腦科學(xué)、腦電信號(hào)采集、神經(jīng)解碼和編碼、安全性、通信速度等諸多亟待解決的問(wèn)題，距離商業(yè)化還有一段距離。然而，可以預(yù)見(jiàn)的是，該技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用空間，在醫(yī)療健康、航空航天、教育、娛樂(lè)、智能家居等多個(gè)領(lǐng)域皆有落地可能。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Valuates Reports報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)到2027年，全球腦機(jī)接口市場(chǎng)規(guī)?；蜻_(dá)到38.5億美元。

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