大脑控制的计算机正在成为现实,但主要障碍仍然存在。 地平线杂志


猪脑中的传感器-Elon Musk目前正在研究。 这位企业家主要以他在Tesla和SpaceX的工作而闻名,但他也落后于Neuralink,Neuralink承诺改变人机界面。 这些设备将使人类能够使用大脑来控制计算机。 Neuralink正在猪上测试他们的新技术。 在9月的一次新闻发布会上,马斯克甚至用猪的脑部植入物赶出了一只猪,追踪了她对鼻子的刺激。

所有这些听起来都像科幻小说或炒作,但这个研究领域充满希望。 脑机接口或BCI可能会在不久的将来帮助脑损伤或运动能力受损的患者康复或更好地与周围环境互动。 行动能力降低的人可以用大脑控制机械轮椅,甚至可以在不抬手指的情况下甚至控制家用电器和设备(例如电视或恒温器),从而增加他们的独立性。 从长远来看,它甚至可能有助于增强人们的认知能力。 但是目前,仍然存在一系列技术和人员挑战。

介面

法国Inria Bordeaux-Sud-Ouest研究总监Fabien Lotte博士正在研究这些挑战。 他说,大多数脑机接口都可以工作,但效果不佳。

BCI有两种主要类型:非侵入式和侵入式。 非侵入性版本是最常见的版本,只是放置在人头上的传感器,就像充满电线的高科技帽子一样。 他们测量大脑活动并将该数据转换为计算机。 另一方面,有创BCI是放置在颅骨内的传感器,这是Neuralink所探索的。

BCI可能希望根据用户的大脑活动向左或向右移动鼠标指针。 Lotte博士提到,平均而言,BCI约有60%至80%的时间正确,尽管这取决于所包含的思维命令。 仅使光标向左或向右移动的系统仅包含两个提示命令,并且具有约70%至80%的较高准确率。 因此,每隔几次尝试,系统就会出错。 乐天博士说:“如果电脑鼠标犯了那么多错误,您就不会使用它。”

但是对于乐天博士来说,问题可能不仅在于技术,还在于使用BCI的人。 他说,控制BCI是您需要学习的技能。 “我们不仅需要优质的技术,还需要训练有素的用户。”

Lotte博士领导了一个名为BrainConquest的研究项目,该项目为非侵入性BCI用户设计了更好的培训。 研究人员为用户提供了像用大脑玩电子游戏这样的练习,其中有人考虑需要在屏幕上执行的动作。 但是该团队还在设计更好的反馈系统,例如可在用户手上产生振动的触觉手套。

社会反馈,如鼓励,也经过测试。 他们甚至设计了一个人造伴侣,称为PEANUT,它看起来像是一个可爱的卡通机器人,带有用于遮脸的屏幕。 乐天博士说:“要有一个一致的人类老师是非常困难的。”他认为,一个人造伴侣可以对大脑活动提供更统一的解释,并且仍然可以提供有用的反馈经验。

这项研究仍在进行中,但显示某些用户获得了明显的收益。 触觉和视觉反馈相结合,整个测试组的准确度平均提高了5%。 PEANUT对喜欢集体工作的人有积极的影响。 如果不使用PEANUT,则其准确度平均为63%,根据用户的不同,准确度会提高5%至10%。 但是,喜欢单独工作的用户会发现使用PEANUT时性能下降。

“大多数脑机接口都可以工作,但效果不佳。”

Fabien Lotte博士,法国伊里亚

数据

另一方面,技术也仍然是一个挑战。 美国查普曼大学助理教授Aaron Schurger博士认为,可以改进使用数据分析BCI的方法。 传统上,BCI仅在用户要执行操作时才使用数据。 例如,它们从用户希望使鼠标指针左移时收集大量的大脑数据,并利用它们更好地实现了他们何时需要执行该操作的信息。

但是舒格博士认为,我们不仅需要研究狭窄的信息,还需要包括大脑处于静止状态时的数据。 这是他先前在研究项目ACTINIT中探索的概念。 舒格博士说:“我们现在正在查看所有数据。” “不仅是移动之前的数据。”

Schurger博士将其与天气预报进行了比较,在气象预报中,气象学家使用大量的气象数据来预测将要发生的情况。 “如果您想预测何时下雨,仅看雨天就不会做得很好。 这样您将错过一半的图片。

但是,如果BCI想要真正解决当前困扰他们的问题,则可能需要比用户培训或更好的数据分析更激进的行动。 这将要求研究人员超越非侵入性技术。 一种关键的非侵入性方法称为EEG或脑电图。 在这里,电极附着在头皮上,用于测量大脑内部神经元发送的电流。 洛特博士说:“脑电图测量反映大脑活动的微电流。”

当一个人采取行动或考虑采取行动时,可能会激发成千上万的神经元,从而产生足以在头皮上测量的电流。 然后,软件系统尝试理解这些数据,并将其连接到一个动作或思想上。

但是对于Schurger博士来说,EEG有效地达到了平稳状态。 他说,人们已经在这个问题上研究了三到四十年,而且很长一段时间都没有任何重大突破。

头骨

这里的关键问题是头骨的厚度。 它可能很好地保护了我们的大脑,但也使得发现下面发生的事情变得更加困难。

舒格博士说:“来自大脑的信号极其微弱。” 想象一下,您在拥挤的足球场上方放置了几个麦克风,而您正在尝试进行一次对话。 您可能会意识到进球的时间,但是单个对话很难区分。

解决方案是进入体育场,离比赛地点更近。 或对于BCI,钻入头骨并将传感器直接连接到大脑。 这为研究人员提供了更好的信号,并且自1970年代末以来,在人类中安装了侵入性BCI,在实验情况下,它们可以恢复盲人患者的部分视力,并使瘫痪的人可以控制假肢。 但是它们也带有一系列医学方面的考虑。

首先,医生需要说服患者和监管者,让他们在人的头上安装设备。 最重要的是,可能会有医疗并发症。 患者的身体可能会在传感器周围生长免疫组织,甚至排斥它。 这可能会导致设备发出更差的信号,或给患者带来负面的健康影响。 舒格博士说:“头骨里有异物。” 身体倾向于拒绝这一点。

由于这些原因,人与机器融合在一起以增强认知能力的未来派应用程序可能不得不等待一段时间。 目前,根据舒格博士的说法,医疗应用可能会主导该领域。

非侵入性

但是,即使不能很好运行的BCI系统仍然可以找到应用程序。 Lotte博士提到无创BCI可以帮助中风患者康复,他也曾在波尔多的Pellegrin医院进行过探索。 如今,中风患者已经需要通过例如思考某种动作来锻炼大脑的受损部位。 BCI可以通过向患者提供有关这种脑部锻炼的反馈来帮助患者,尽管尚无法在项目中就有效性进行评估。

乐天博士说:“在这里,该系统不是非常可靠就没关系。” ‘你不是想控制某些东西。 您正在尝试重新学习如何使用该区域并改善恢复。”

乐天博士提到的另一个用例是被动BCI。 这里,该技术用于监视大脑活动。 像飞行员这样的高风险专业人士将来可能会在飞行过程中穿上非侵入式BCI来监控其疲劳度和注意力。 通过监视他们的大脑活动,其他机组人员可以检测出他们何时太累或不堪重负。 甚至可以使用相同的概念来衡量学生的参与程度,以确定如何调整学习材料。

Lotte博士不希望对BCI(无论是侵入式还是非侵入式)何时会得到更广泛的采用做出预测。 但是他注意到BCI的新兴企业更经常出现。 他说,最近几年,BCI研究已成为热门话题。 “许多实验室和公司都在研究它,但到目前为止还不可靠。”

舒格博士对此表示赞同。 他警告有关炒作,但仍然认为该领域正在发展。 舒格博士说,在未来的五到十年中,侵入性BCI的使用将增加。 对于医疗用途,我们可能会在此期间看到重大活动。

本文中的研究由欧盟欧洲研究理事会资助。 如果您喜欢这篇文章,请考虑在社交媒体上分享。



This article – “大脑控制的计算机正在成为现实,但主要障碍仍然存在。 地平线杂志
” – was originally published in Horizon, the EU Research & Innovation magazine

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *