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“心灵感应”一直是人类的执念,中国民间把这种愿望想象成了各种神力,比如“意念发功”、“透视看物”、“隔空探物”等能力;而西方社会就把这种愿望归结成变异,就像《X战警》里的光头教授一样,可以用意念操控人心,万磁王用意念控制磁场。
现如今,脑机接口技术成为人类通向“心灵感应”的一条可行性路径。科学家们通过读取大脑中的特定神经信号,建立起与人类认知和行动相关的联接,从而实现直接用大脑来“操控外物”。
脑机接口,是重要的前沿科技之一。短期非侵入式接口与 AR/VR 等技术相结合,可能成为键盘,鼠标,触摸屏之后下一代人机交互方式。长期来看,侵入式接口能够准确的捕捉大脑各个部位发出的信号,帮助伤残人士恢复对肢体的感知。未来甚至可能出现像阿凡达,X-Men 等科幻电影中主人公那样通过脑机接口实现和机器人结合,打造超级人类。
目前,包括NeuraLink等海外脑机接口公司、国内BrainCo和博睿康科技等创业公司以及浙大和北京脑科学与类脑研究中心等在内的研究团队,都在研究脑机交互。
| 脑机交互研究现状
一些实验室已经实现在人类和灵长类动物身体上研制一种控制铰接式手臂的植入式电极;一些实验室可以基于脑电图基础界面,研制操控型机器人手臂和小型自主机器人;还有研究者研制出一种基于脑电图基础界面的操控型外骨骼,现已证实瘫痪患者可以操作,实现使用该外骨骼结构行走,甚至踢足球。
还有研究是针对通过植入性装置技术来治疗一些原本难以治疗的脑部疾病,比如视力、听力损失以及帕金森症、抑郁症等。
这里举2个脑机接口研究的例子。
◼ 国外
加州大学旧金山分校(UCSF)的一支研究团队,已经在瘫痪患者身上演示了首个“即插即用”的“大脑义体”,借助脑机接口的装置来解码大脑的电信号。
研究者发现,随着时间的推移,使用者的大脑会出现优化自身的活动,无需每日重新校准,也可以更好地控制BCI设备。未来这项实验可以用来改善阿尔茨海默病的筛查、对内部器官的监测、以及让瘫痪患者重新获得对义肢的控制能力。
◼ 国内
在第三届数字中国建设峰会上,由天津大学和中电云脑(天津)有限公司联合研发的大指令集高速无创脑-机接口打字系统格外吸睛。使用者只需头戴脑电帽,双眼盯着电脑屏幕,就能用意念打字。
研究采用了脑控智臂机器人系统“哪吒”反应式脑机接口,通过戴在头上的“电极帽”捕获头皮脑电波,经过解码确定大脑的意图指令,从而执行机械的相应操作。
区别于传统技术,“哪吒”通过创立超短SSVEP(200ms)和P300脑电波高效融合范式,设计时-频-相混合编码的视图脑-机交互信息策略,针对极微弱脑电特征进行精细分辨与快速解码,创造了目前头皮脑电脑机接口在线控制最大指令集的世界纪录(108),最高信息传输速率达到238bits/min。
依托以上关键技术的突破,“哪吒”机器人系统破译“执笔者”的脑电密码,将脑控笔画拓扑的9*12视图像素指令映射转化为智能机械臂的6D空间坐标,实现了脑机接口信息输出方式由一维到二维,由离散指令到平面像素,由“拼”到“写”的一系列重大变革。
在会上发布的脑-机接口设备,主要的突破是对采集电极阵列进行了高度集成,并将数据由有线改为无线传输,支持无线感应充电,有助于脑-机接口设备的微型化,便携化发展。
有人说:脑机接口是人类往大脑宇宙发射的第一颗人造卫星。脑机交互,会在技术的不断进步和人类对大脑的深入理解中不断发展。作为未来的社会建设者,我们可以抓住这个时机实现未来自我价值的实现。
思铺学院·脑机交互与智能硬件挑战营,结合了美国密歇根大学和我国浙江大学脑机交互基础课程,让学员了解最新的脑机交互发展趋势,体会脑电波控制机器人、控制他人手臂运动等尖端领域的实验。
通过课程学习,让学员能够通过自己编程实 现脑神经信号(EEG)、心电信号(ECG)和肌电信号(EMG)的读取、过滤和处 理,并进一步与控制器(如Arduino等)、执行器(如机械手等)结合起来,完成神经信号传感、肌肉运动识别、仿生假肢操纵等相关科学挑战任务。