这年头连人用脑机接口信号都能无线传输了,瘫痪者可在家轻松上网看视频

百家 作者:量子位 2021-05-05 22:11:20 阅读:452
梦晨 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

说到脑机接口,很多人脑海中浮现的画面是这样的:

头上戴着复杂的设备,接上一大堆电缆,正襟危坐在实验室椅子上,感觉离实际应用还有一段距离。

不过,来自BrainGate的最新研究,第一次实现高带宽无线脑机接口。

无线将脑机接口带出实验环境,让使用者真正在日常生活中使用意念控制。

这个新设备名为Brown Wireless Device(BWD),成功使因脊髓损伤而瘫痪的实验者通过无线脑机接口控制光标的移动和点击。

可以看视频。

通过意念移动光标,瘫痪者在屏幕键盘上每分钟能打出13.4个正确的字符。

这是不是意味着,以后躺在沙发上连手都不抬就能上网了?

无线的挑战

无线产品面临的最大挑战是带宽延迟

无线脑机接口更是如此,仅仅控制屏幕上一个光标的移动,就需要将大脑中数百个微小的电信号放大和数字化,并在低延迟的情况传输到附近的设备上。

需要的带宽相当于同时播放48个高清视频,延迟不能超过100毫秒。

为了解决这个问题,BrainGate采用的侵入式脑机接口。将两个包含96个电极的电极阵列植入使用者大脑皮层,能够捕捉全频谱信号。

传统的电缆则被两个边长5cm,重量仅43g的无线发射器替代,可以固定在使用者头部。

除此之外在墙角摆一个带四个天线的双频无线信号接收器就可以了。

在光标移动任务中,使用卡尔曼(Kalman)滤波解码器和线性分类器来估计连续的二维光标速度和点击状态。在测试中BWD已获得与传统有线设备相似的保真度。

帮助瘫痪者

瘫痪者的大脑中,命令肌肉运动的能力通常完好无损,但这些信号没有到达肌肉并产生运动。

本次实验的两名参与者,都是因意外发生第4节颈椎的脊髓损伤导致瘫痪,在此次之前已参与过多次脑机接口的研究。

本次的BWD使用曼彻斯特编码 (Manchester Encoding)和特制的协议能以低功耗的方式传输信号,续航时间超过36小时。

BrainGate临床试验负责人Leigh Hochberg表示,连续、长时间地观察大脑活动有助于设计解码算法,为瘫痪患者提供交流能力,提高生活质量。

实验中的两位参与者分别在第307天和第588天今天学会了用BWD使用平板电脑。

BrainGate介绍

BrainGate项目由布朗大学和美国生物技术公司Cyberkinetics合作开展,专注于脑机接口技术,致力于恢复神经系统疾病、损伤或丧失肢体的人的交流、行动和独立性。

早在2006年就开发出第一代侵入式植入芯片。除了使用脑机接口控制光标移动外,研究范围还包括机械臂和义肢的控制。

2015年第一次用有线脑机接口帮助四肢瘫痪患者完成打字。

BrainGate的下一步研究方向,将是完全植入大脑的高密度无线脑机接口。

参考链接:
[1]
https://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/devices/people-paralysis-command-computers-wirelessly
[2]https://ieeexplore.ieee.org/document/9390339
[3]https://www.brown.edu/news/2021-03-31/braingate-wireless

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