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新突破:无线脑机接口实现全身导航,猴子凭意念操控轮椅
金陵 2016-03-07
导语

日前,美国研究人员利用脑机接口技术,成功让猴子仅通过意念就可以操控机械轮椅。这项技术未来有望造福残疾人士。

脑机接口是一项已经有50多年历史的技术,为了帮助有障碍人士,科学家们投入了大量精力到这一领域。脑机接口技术简言之就是让人或动物的大脑与外部设备连接,通过设备读取到的大脑信息并将其转化为指令来操控各种机器。这项技术有很多应用场景,比如中风病人可以利用这项技术获得生活自理的能力。

科学家目前在攻克的方向是如何获得脑部信息,并把这些信息进行转化,再把转码后的信息变成具体行动,概括来说就是把思想变成行动的过程。之前,一些研究小组已经开发出脑机接口BMI,brain-machine-interfaces,使灵长类动物使用皮质活动来控制假肢然而,皮质活动是否可以用来作为全身导航,在空间连续地移动轮椅的脑机接口仍然不知道。

日前,美国研究人员在英国《科学报告》杂志上发表研究成果说,他们利用脑机接口技术,成功让猴子仅通过意念就可以操控机械轮椅在空间连续移动。这项技术未来有望造福残疾人士。

脑机接口有两种实现方式,一是嵌入式,二是非嵌入式,嵌入式需要在人脑中植入设备。参与研究的杜克大学研究人员米盖尔·尼科莱利斯(Miguel NicolelisNicolelis研究团队网站)说,此前也有一些非嵌入式的方法可以帮助残疾人士恢复一定活动能力,比如在头部贴上电极来传输并转化脑电波,从而操控机械轮椅或机械手臂,但这种做法效率很低。而新研究显示,在脑内植入电极能够对机械轮椅实现更高效的操控。

图:实验设计示意图,可容纳一只猴子移动机器人轮椅三个起始位置虚线圆圈向一个装满葡萄的碗移动无线记录系统记录猴子的头部皮质活动并将该活动发送给无线接收器解码。

研究人员在两只猴子的脑部负责躯体运动和感觉的两个区域植入数以百计、只有发丝大小的微细纤维,形成微电极阵列。通过这一阵列,外部设备就能接收神经元发出的脑电波。

研究人员首先让猴子坐在轮椅上,并观察猴子驱使轮椅向一个装满葡萄的碗移动。在这一过程中,他们记录下猴子的脑电波活动情况,再利用电脑系统将脑电波转化为可操控机械轮椅的数字指令。

在随后的阶段中,当猴子再产生向碗靠近的想法时,脑机接口设备就能根据脑电波信号,发出数字指令操控机械轮椅移动。于是猴子逐渐学会用意念来操控轮椅向碗移动。而且,随着次数增加,它们完成这一任务的速度也越来越快。研究人员还从猴子脑电波的变化中发现,在完成任务的过程中,它们会估算自身离碗的距离有多远。(参见:实验视频

这项技术对因各种原因失去四肢活动能力的残疾人士尤其具有实用价值。

研究人员计划利用猴子开展更多相关试验,以提升操控的精确性和可靠性,并希望让人参与到试验中来。

文章链接:

Wireless Cortical Brain-Machine Interface for Whole-Body Navigation in Primates

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文章研究实验视频:

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作者 金陵

本科生

北京大学

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  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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