脑机接口领域新突破,我们能用意念快速精准打字啦!

22月22日下午,《麻省理工科技评论》重磅发布了2017年全球十大突破性技术,再次受到社会各界的高度关注。这场年度技术盛宴,全面的呈现了未来技术的发展方向,以及我们的生活必然会面临的深刻变革。


几乎毫无悬念,以强化学习(Reinforcement Learning,RL)为代表的人工智能位列第一。虽然大家知道AI以战胜围棋高手的AlphaGo居多,但是这种底层技术的革新,给医疗领域也带来了翻天覆地的变化。此外,医疗领域还有这几年颇热的基因治疗,以及去年下半年轰动全球的细胞图谱计划。

这是过去一年EEGSmart一直在致力研究和探索的领域,却一直很少有人关注、火不起来的「脑机接口」(Brain-computer interface,BCI)。我们一直认为这是一个充满科幻色彩的领域,虽然现在它主要用在瘫痪人的身上,但我们认为它未来的应用前景却不仅限于医疗领域,它的想想空间是无限的。这一次《麻省理工科技评论》跟我们站在了一起。


说来也巧,就在昨天《麻省理工科技评论》发布2017年全球十大突破性技术榜单的时候,斯坦福大学电气工程教授Krishna Shenoy和神经外科教授Jaimie Henderson联合在著名开源期刊《eLife》上发表「脑机接口」重要临床研究论文,他们成功让三名受试瘫痪者通过简单的想象精准地控制电脑屏幕的光标,这三名瘫痪患者成功通过想象在电脑屏幕上输入了他们想说的话,其中一名患者可以在1分钟之内平均输入39个字母,约合8个单词(1)。据论文报道,这是世界上首次通过「脑机接口」实现如此快速精准的字符输入。

对于一些严重的瘫痪患者而言,由于神经受损,他们丧失了运动能力。在科技飞速发展的今天,这些患者丧失的不仅是现实的世界,也与那个大部分人都生活在里面的虚拟的网络社交世界断绝了关系。毕竟现在我们的交流大部分都是通过,邮件,微信,QQ等之类的通讯工具完成的。虽然现在有语音输入,但是瘫患者如何才能进入智能设备的语音输入界面?这也是个难题。


近几年基于「脑机接口」的让瘫痪患者控制自己的手臂,或者机械手臂也取得了不小的进展,然而,从目前的患者表现来看,要想精准操作手机和平板电脑等智能设备,恐怕还有较大的困难。Shenoy和Henderson教授就是要用「脑机接口」解决瘫痪患者的人机交互问题。

据斯坦福大学报道,Shenoy的外公是一名多发性硬化患者,瘫痪近40年,还在很小的时候,Shenoy就想着如何去帮助他。这也是Shenoy一路走来,进入神经学领域的主要原因。与其他「脑机接口」研究人员思考方向不同的是,Shenoy想的更多的是如何帮助瘫痪患者恢复交流和通信的能力。


在Shenoy看来,我们与智能设备的交互大多是大脑控制手指,最终通过指尖的点击完成的。瘫患者失去了对手的控制,如何绕过手是Shenoy思考的最多的。在加入斯坦福大学之后,Shenoy与Henderson展开了长达十余年的合作,他们笑称这是科学和医学的联姻。攻克了一个有一个难题。


在本研究中,Shenoy与Henderson采用了一个叫做BrainGate的可以插入大脑皮质内的脑机接口,这是目前脑机接口最前沿技术的代表。这个新一代的脑机接口芯片是一个只有六分之一英寸大小的硅芯片,看上去也就是小药片那么大。在这个芯片的表面,密布着100个电极,这些电极浅浅地插入需要监测的大脑皮层,监测着神经细胞的电信号。

配合这个设备,Shenoy设计了一套解码神经细胞发射出来的复杂电信号的算法,通过这套算法,研究人员可以通过监测神经细胞激活状态,确定人体想要完成的动作。


接下来要做的事情就是在患者身上校准这套算法,毕竟神经细胞的活动也是因人而异。在Shenoy与Henderson招募的三名患者中,有一个叫Dennis Degray的64岁男性,他在2007年因为意外摔倒导致高危截瘫。「我感知不到脖子以下的任何东西」,Degray说。


2016年,Degray决定放手一试,Henderson在Degray的大脑里植入电极。研究人员让Degray盯着屏幕上的光标看,光标每点击一次,他们就在脑子里想象这是他们自己动手点击的,这样脑机接口中的芯片就可以捕捉大脑的神经活动,校准每一个动作对应的神经信号。


经过一段时间的训练,Degray已经可以通过BrainGate精准的控制屏幕上的光标,并不断点击相应的字母,完成一句话。据论文报道,Degray是三名患者中表现最好的那个,他平均在一分钟之内可以输入39个字母。


我们这个临床研究的成功,意味着脑机接口在改善瘫患者的生活质量上又实现了一个重要的里程碑」,Henderson说。Shenoy与Henderson希望,在未来的几年里,他们这种软件可以在包括智能手机和便携电脑上运行。如此看来,在这个触屏时代,通过这套方法,完全可以实现瘫患者和智能设备的人机交互。


实际上,目前利用BrainGate展开研究的科研团队非常多,他们不仅在研究如何通过BrainGate控制屏幕上的光标,还有机械手臂,轮椅,甚至是自己的四肢。在这个即将进入万物互联的时代,只要能将大脑与一台智能终端连接,基本就可以实现对家中所有智能设备的控制。

《麻省理工科技评论》认为,在未来的10-15年,基于脑机接口技术,医学可以给瘫痪者新生。我们认为,到那个时候,即使患者不能正常站立行走,在生活上也很少会遇到困难了。

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