首款精神控制機(jī)器人手臂面世,采用無創(chuàng)的腦機(jī)接口技術(shù)

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員利用無創(chuàng)的腦機(jī)接口（BCI）成功的開發(fā)出了第一款精神控制機(jī)器人手臂。

根據(jù)媒體報道，來自卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的一組研究人員與明尼蘇達(dá)大學(xué)合作，在無創(chuàng)機(jī)器人設(shè)備控制領(lǐng)域取得了突破。研究人員利用無創(chuàng)的腦機(jī)接口（BCI）成功的開發(fā)出了第一款精神控制機(jī)器人手臂，它已經(jīng)具有連續(xù)跟蹤計算機(jī)光標(biāo)的能力。所謂的無創(chuàng)BCI接口，就是腦部在沒有植入芯片的情況下，實現(xiàn)對外部機(jī)器人裝置的控制。

不需要在腦部植入芯片，就能通過思想控制機(jī)器人裝置，這可以說是一個偉大的突破，未來應(yīng)用前景廣闊，特別是有益于那些癱瘓患者和運動障礙患者的生活。

在此之前，科學(xué)家們已經(jīng)實現(xiàn)了通過侵入式BCI（腦部植入芯片）感應(yīng)大腦信號，控制機(jī)器人設(shè)備，而且操控性能良好，已經(jīng)可以用于完成各種日常任務(wù)。但這一切都需要在腦部植入芯片才能實現(xiàn)，除去技術(shù)人員以外，還需要大量的醫(yī)學(xué)和外科專業(yè)知識才能正確安裝和操作，同時還將面臨高昂的成本和潛在的風(fēng)險，因此一直未在臨床中大規(guī)模使用。

對于研究人員來說，BCI研究的一大挑戰(zhàn)是開發(fā)侵入性較小甚至完全無創(chuàng)的技術(shù)，使癱瘓患者能夠利用自己的“思想”控制機(jī)器人設(shè)備的動作。如果這種非侵入性BCI技術(shù)能獲得成功，對于眾多癱瘓和運動障礙的人來說是一個福音。

然而，使用無創(chuàng)BCI接口實現(xiàn)這一切將比使用植入芯片的BCI困難很多，因為非侵入性的外部傳感器采集到的腦部信號容易受到外界干擾、分辨率更低、控制更不容易達(dá)到精確。盡管如此，無創(chuàng)BCI的研究人員還是取得了重大進(jìn)展，他們關(guān)注的是一種可以造福世界各地患者的無創(chuàng)技術(shù)。

在使用植入芯片的BCI取得成功的背景下，實現(xiàn)無創(chuàng)BCI才是最終目標(biāo)。神經(jīng)解碼的進(jìn)步和無創(chuàng)機(jī)器人手臂控制的實用性將對非侵入性神經(jīng)機(jī)器人的最終發(fā)展產(chǎn)生重大影響。

研究人員利用新穎的傳感和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實現(xiàn)了對大腦深處的信號的訪問，實現(xiàn)了對機(jī)器人手臂的高分辨率控制。通過無創(chuàng)神經(jīng)成像和一種新穎的連續(xù)追蹤模式，克服了嘈雜的腦電波信號，顯著改善了基于腦電圖的神經(jīng)解碼，促進(jìn)了實時連續(xù)的機(jī)器人設(shè)備控制。

使用無創(chuàng)BCI來控制在計算機(jī)屏幕上跟蹤光標(biāo)的機(jī)器人手臂，這是這種技術(shù)第一次在人類受試者身上展示。才開始時非侵入式BCI對機(jī)器人手臂的控制還有些生澀，現(xiàn)在它已經(jīng)能驅(qū)動機(jī)器人手臂順暢而連續(xù)的追蹤計算機(jī)光標(biāo)。

研究團(tuán)隊建立了一個新的框架，通過加強(qiáng)受試者參與度和計算機(jī)的“學(xué)習(xí)”，以及通過腦電圖源成像的無創(chuàng)神經(jīng)數(shù)據(jù)的空間分辨率，解決和改進(jìn)BCI的“大腦”和“計算機(jī)”組件。這項研究成果表明，這種方法不僅使傳統(tǒng)中心輸出任務(wù)型的BCI學(xué)習(xí)能力提高了近60%，而且使對計算機(jī)光標(biāo)的連續(xù)跟蹤能力提高了500%以上。

該技術(shù)還有一些應(yīng)用，可以通過各種安全而無創(chuàng)的“精神控制”設(shè)備幫助更多的人，可以讓人們與環(huán)境進(jìn)行交互和控制。迄今為止，該技術(shù)已經(jīng)在68個健全的人類受試者中進(jìn)行了測試，包括虛擬設(shè)備控制和機(jī)器人手臂的控制。研究團(tuán)隊計劃在不久后，對該技術(shù)進(jìn)行臨床試驗。

研究人員介紹說：盡管無創(chuàng)BCI技術(shù)還存在諸多挑戰(zhàn)，但我們以實現(xiàn)人們從這種安全和經(jīng)濟(jì)的技術(shù)中受益為目標(biāo)。這項工作代表了無創(chuàng)BCI技術(shù)邁出的重要一步，有朝一日它會成為十分普遍的輔助技術(shù)。

總結(jié)：較早的精神控制設(shè)備需要在大腦中植入芯片才能實現(xiàn)；最新的精神控制設(shè)備是無創(chuàng)的，不需要植入芯片就能實現(xiàn)對機(jī)器人手臂的控制；無創(chuàng)BCI更容易受到干擾，因此難度更大；如果獲得最終成功，將造福世界