近日，美國斯坦福大學(xué)研討人員破譯了與手寫書信相關(guān)的大腦活動，并結(jié)合人工智能算法，完成“意念寫字”。這使得癱瘓者只需“腦補(bǔ)”手寫文字，他所想的文本就會實(shí)時(shí)顯現(xiàn)在屏幕上。雖然經(jīng)過腦機(jī)接口（BCI）技能完成意念操控已不是什么新鮮事，但此次讓癱瘓者幻想自己書寫，然后將意念轉(zhuǎn)化為真實(shí)的文本，并達(dá)到90字符/分鐘的速度和99%的準(zhǔn)確度也是非常令人驚喜的。這也讓人們看到了未來運(yùn)用BCI技能完成高效意念操控和溝通的希望。
BCI技能寫字的核心在編碼解碼
“腦機(jī)接口，望文生義，便是大腦與計(jì)算機(jī)之間的一個(gè)接口，經(jīng)過這個(gè)接口，大腦可以完成與計(jì)算機(jī)信息的直接溝通。反之，計(jì)算機(jī)也可以經(jīng)過這個(gè)接口把信息直接加載到腦子里?！碧旖蚰X科學(xué)中心主任助理、天津大學(xué)醫(yī)學(xué)工程與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研討院許敏鵬副教授介紹，在現(xiàn)階段，腦機(jī)接口研討主要集中在解讀大腦目的方面，根據(jù)傳感辦法的不同，可分為非侵入式BCI和侵入式BCI。前述美國斯坦福大學(xué)“意念寫字”的研討，是運(yùn)用了侵入式BCI技能。研討者將兩個(gè)細(xì)小的傳感器植入癱瘓者大腦操控手和手臂的區(qū)域，每個(gè)傳感器都含有96個(gè)電極，當(dāng)癱瘓者幻想寫字時(shí)，團(tuán)隊(duì)運(yùn)用傳感器從單個(gè)神經(jīng)元中拾取信號，再經(jīng)過機(jī)器學(xué)習(xí)算法識別出他的大腦隨每個(gè)字母發(fā)生的方式?！扒秩胧紹CI需求經(jīng)過外科手術(shù)，將信號檢測電極植入大腦皮層?！痹S敏鵬表明，侵入式BCI可直接提取神經(jīng)信號，具有較高的信噪比；但存在長期生物相容性等瓶頸問題，且電極周圍微環(huán)境的改變簡單對信號質(zhì)量帶來影響，不利于長期收集。非侵入式BCI則是將電極放置在頭皮部位得到頭皮腦電信號，具有安全無創(chuàng)、優(yōu)良的全腦同步記載等優(yōu)勢，因此現(xiàn)在在教育、醫(yī)療、航天等眾多領(lǐng)域顯現(xiàn)了更加廣泛的應(yīng)用前景?！坝梅乔秩胧紹CI也能完成‘意念寫字’?！痹S敏鵬介紹，2021年春節(jié)，天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“哪吒”腦控智臂機(jī)器人體系，運(yùn)用戴在兩位協(xié)作者頭上的“電極帽”捕獲他們的頭皮腦電波，經(jīng)過解碼交融各方的合作目的指令，操控機(jī)械臂寫出了一個(gè)“?！弊帧！盁o論是侵入式仍是非侵入式的BCI‘意念寫字’，背面都是一套復(fù)雜的編碼與解碼過程。”許敏鵬解釋，進(jìn)行“意念寫字”時(shí)，無論英文仍是中文都會在屏幕上呈現(xiàn)一個(gè)虛擬的鍵盤，鍵盤中的每個(gè)字符都以不同頻率進(jìn)行編碼。當(dāng)想拼寫某個(gè)字符的時(shí)分，只需看著這個(gè)字符，不同頻率的字符就會帶來不同的視覺影響，然后誘發(fā)出特定方式的腦電波。腦機(jī)接口設(shè)備捕捉到腦電波信號，然后經(jīng)過算法解碼腦電波方式，就能確認(rèn)看的是哪個(gè)字符。斯坦福大學(xué)此次研討經(jīng)過“腦補(bǔ)”手寫筆跡，大幅度提高了“意念”書寫的速度，主要是因?yàn)榭蒲腥藛T在對腦電信號的解碼方面取得了突破。研討人員破譯了與手寫字母相關(guān)的大腦活動，經(jīng)過每個(gè)字母引發(fā)腦電波的高度不同的活動方式，使算法相對簡單地將不同字母區(qū)分開。
運(yùn)用BCI技能寫字還需排除“雜念”
在電視報(bào)導(dǎo)中，咱們經(jīng)常能見到如下的場景，肢體活動受限的人只需盯著電腦屏幕，滾動眼球，便可操控鼠標(biāo)移動，再經(jīng)過眨眼或長期凝視選定方針，就能寫字、畫畫。比如霍金經(jīng)過一套眼部動作—數(shù)據(jù)信息—語音的轉(zhuǎn)換設(shè)備，最終在語音合成器的協(xié)助下完成發(fā)聲，轉(zhuǎn)換設(shè)備由此輔佐霍金和外界溝通?！把蹌幼粉櫴且环N經(jīng)過記載被試者眼睛的位置和運(yùn)動來盯梢被試者視野落點(diǎn)，并剖析其視覺行為的人機(jī)交互技能辦法，即用目光操控機(jī)器?？此坪虰CI進(jìn)行書寫的技能有點(diǎn)像，其實(shí)二者有著本質(zhì)的差異?！痹S敏鵬解釋，BCI需求檢測大腦的神經(jīng)活動信號并將受試者的目的解析為實(shí)踐的操控指令，簡單來說，便是完成用腦電操控機(jī)器；而眼動儀主要是對受試者眼睛的運(yùn)動和位置進(jìn)行追蹤，并計(jì)算出受試者視野落點(diǎn)的位置，以此來判別受試者實(shí)踐目的?！把蹌觾x會受到器材位置的局限性影響，而BCI就不會存在這個(gè)問題。但現(xiàn)在腦信息收集仍是需求受試者自動合作，甚至為了準(zhǔn)確性需求先進(jìn)行一定量的訓(xùn)練?！痹S敏鵬舉例，如在運(yùn)用BCI寫福字時(shí)，受試者眼睛要盯著屏幕上的視圖書寫板，確認(rèn)字的筆畫起點(diǎn)和終點(diǎn)，然后連線寫出一筆。如果沒有經(jīng)過訓(xùn)練，這個(gè)字寫出來或許不會很工整?！霸趯?shí)踐應(yīng)用時(shí)，大腦很長期都會處于一個(gè)非使命狀況。咱們運(yùn)用BCI體系的時(shí)分，抱負(fù)的運(yùn)用狀況是咱們在需求將目的付諸實(shí)踐時(shí)BCI開關(guān)敞開，而在非使命即無意識的想法狀況時(shí)，BCI開關(guān)關(guān)閉（不輸出呼應(yīng)）?！痹S敏鵬表明，解決這個(gè)問題，就需求BCI的一個(gè)實(shí)用化方式——異步腦機(jī)接口。這種BCI便是經(jīng)過對大腦信息的實(shí)時(shí)收集剖析，分辯想要付諸實(shí)踐的目的和無意識的想法，只有當(dāng)檢測出用戶有想要付諸實(shí)踐的目的時(shí)才會敞開BCI開關(guān)，這在很大程度上增加了BCI體系的實(shí)用性。
BCI技能的應(yīng)用開拓了人機(jī)交互新天地
“侵入式BCI具有較高的信噪比和良好的時(shí)刻、空間分辯率，馬斯克發(fā)布的‘LINK V0.9’就歸于侵入式BCI技能?！痹S敏鵬表明，但侵入式BCI需求研發(fā)具有高靈敏度和高穩(wěn)定性的電極陣列，以記載方針神經(jīng)元集群的信號，一起最小化環(huán)境攪擾。另一方面，電極材料、結(jié)構(gòu)等的選擇與規(guī)劃，長期記載電極功能的評價(jià)，植入點(diǎn)周圍微環(huán)境的改變等方面因素也是阻止侵入式BCI發(fā)展的難題。比如，在斯坦福大學(xué)這項(xiàng)的“意念寫字”研討中，研討人員就憂慮其大腦中植入的電極陣列會由于細(xì)小的移動以及疤痕的形成，對讀取神經(jīng)信號的效果有所影響，因此必須要定期從頭校準(zhǔn)。一起，體系的“壽數(shù)、安全性和有效性”還有待進(jìn)一步證明。
聲明：轉(zhuǎn)載此文是出于傳遞更多信息之目的。若有來源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將及時(shí)更正、刪除，謝謝。
BCI技能寫字的核心在編碼解碼
“腦機(jī)接口，望文生義，便是大腦與計(jì)算機(jī)之間的一個(gè)接口，經(jīng)過這個(gè)接口，大腦可以完成與計(jì)算機(jī)信息的直接溝通。反之，計(jì)算機(jī)也可以經(jīng)過這個(gè)接口把信息直接加載到腦子里?！碧旖蚰X科學(xué)中心主任助理、天津大學(xué)醫(yī)學(xué)工程與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研討院許敏鵬副教授介紹，在現(xiàn)階段，腦機(jī)接口研討主要集中在解讀大腦目的方面，根據(jù)傳感辦法的不同，可分為非侵入式BCI和侵入式BCI。前述美國斯坦福大學(xué)“意念寫字”的研討，是運(yùn)用了侵入式BCI技能。研討者將兩個(gè)細(xì)小的傳感器植入癱瘓者大腦操控手和手臂的區(qū)域，每個(gè)傳感器都含有96個(gè)電極，當(dāng)癱瘓者幻想寫字時(shí)，團(tuán)隊(duì)運(yùn)用傳感器從單個(gè)神經(jīng)元中拾取信號，再經(jīng)過機(jī)器學(xué)習(xí)算法識別出他的大腦隨每個(gè)字母發(fā)生的方式?！扒秩胧紹CI需求經(jīng)過外科手術(shù)，將信號檢測電極植入大腦皮層?！痹S敏鵬表明，侵入式BCI可直接提取神經(jīng)信號，具有較高的信噪比；但存在長期生物相容性等瓶頸問題，且電極周圍微環(huán)境的改變簡單對信號質(zhì)量帶來影響，不利于長期收集。非侵入式BCI則是將電極放置在頭皮部位得到頭皮腦電信號，具有安全無創(chuàng)、優(yōu)良的全腦同步記載等優(yōu)勢，因此現(xiàn)在在教育、醫(yī)療、航天等眾多領(lǐng)域顯現(xiàn)了更加廣泛的應(yīng)用前景?！坝梅乔秩胧紹CI也能完成‘意念寫字’?！痹S敏鵬介紹，2021年春節(jié)，天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“哪吒”腦控智臂機(jī)器人體系，運(yùn)用戴在兩位協(xié)作者頭上的“電極帽”捕獲他們的頭皮腦電波，經(jīng)過解碼交融各方的合作目的指令，操控機(jī)械臂寫出了一個(gè)“?！弊帧！盁o論是侵入式仍是非侵入式的BCI‘意念寫字’，背面都是一套復(fù)雜的編碼與解碼過程。”許敏鵬解釋，進(jìn)行“意念寫字”時(shí)，無論英文仍是中文都會在屏幕上呈現(xiàn)一個(gè)虛擬的鍵盤，鍵盤中的每個(gè)字符都以不同頻率進(jìn)行編碼。當(dāng)想拼寫某個(gè)字符的時(shí)分，只需看著這個(gè)字符，不同頻率的字符就會帶來不同的視覺影響，然后誘發(fā)出特定方式的腦電波。腦機(jī)接口設(shè)備捕捉到腦電波信號，然后經(jīng)過算法解碼腦電波方式，就能確認(rèn)看的是哪個(gè)字符。斯坦福大學(xué)此次研討經(jīng)過“腦補(bǔ)”手寫筆跡，大幅度提高了“意念”書寫的速度，主要是因?yàn)榭蒲腥藛T在對腦電信號的解碼方面取得了突破。研討人員破譯了與手寫字母相關(guān)的大腦活動，經(jīng)過每個(gè)字母引發(fā)腦電波的高度不同的活動方式，使算法相對簡單地將不同字母區(qū)分開。
運(yùn)用BCI技能寫字還需排除“雜念”
在電視報(bào)導(dǎo)中，咱們經(jīng)常能見到如下的場景，肢體活動受限的人只需盯著電腦屏幕，滾動眼球，便可操控鼠標(biāo)移動，再經(jīng)過眨眼或長期凝視選定方針，就能寫字、畫畫。比如霍金經(jīng)過一套眼部動作—數(shù)據(jù)信息—語音的轉(zhuǎn)換設(shè)備，最終在語音合成器的協(xié)助下完成發(fā)聲，轉(zhuǎn)換設(shè)備由此輔佐霍金和外界溝通?！把蹌幼粉櫴且环N經(jīng)過記載被試者眼睛的位置和運(yùn)動來盯梢被試者視野落點(diǎn)，并剖析其視覺行為的人機(jī)交互技能辦法，即用目光操控機(jī)器?？此坪虰CI進(jìn)行書寫的技能有點(diǎn)像，其實(shí)二者有著本質(zhì)的差異?！痹S敏鵬解釋，BCI需求檢測大腦的神經(jīng)活動信號并將受試者的目的解析為實(shí)踐的操控指令，簡單來說，便是完成用腦電操控機(jī)器；而眼動儀主要是對受試者眼睛的運(yùn)動和位置進(jìn)行追蹤，并計(jì)算出受試者視野落點(diǎn)的位置，以此來判別受試者實(shí)踐目的?！把蹌觾x會受到器材位置的局限性影響，而BCI就不會存在這個(gè)問題。但現(xiàn)在腦信息收集仍是需求受試者自動合作，甚至為了準(zhǔn)確性需求先進(jìn)行一定量的訓(xùn)練?！痹S敏鵬舉例，如在運(yùn)用BCI寫福字時(shí)，受試者眼睛要盯著屏幕上的視圖書寫板，確認(rèn)字的筆畫起點(diǎn)和終點(diǎn)，然后連線寫出一筆。如果沒有經(jīng)過訓(xùn)練，這個(gè)字寫出來或許不會很工整?！霸趯?shí)踐應(yīng)用時(shí)，大腦很長期都會處于一個(gè)非使命狀況。咱們運(yùn)用BCI體系的時(shí)分，抱負(fù)的運(yùn)用狀況是咱們在需求將目的付諸實(shí)踐時(shí)BCI開關(guān)敞開，而在非使命即無意識的想法狀況時(shí)，BCI開關(guān)關(guān)閉（不輸出呼應(yīng)）?！痹S敏鵬表明，解決這個(gè)問題，就需求BCI的一個(gè)實(shí)用化方式——異步腦機(jī)接口。這種BCI便是經(jīng)過對大腦信息的實(shí)時(shí)收集剖析，分辯想要付諸實(shí)踐的目的和無意識的想法，只有當(dāng)檢測出用戶有想要付諸實(shí)踐的目的時(shí)才會敞開BCI開關(guān)，這在很大程度上增加了BCI體系的實(shí)用性。
BCI技能的應(yīng)用開拓了人機(jī)交互新天地
“侵入式BCI具有較高的信噪比和良好的時(shí)刻、空間分辯率，馬斯克發(fā)布的‘LINK V0.9’就歸于侵入式BCI技能?！痹S敏鵬表明，但侵入式BCI需求研發(fā)具有高靈敏度和高穩(wěn)定性的電極陣列，以記載方針神經(jīng)元集群的信號，一起最小化環(huán)境攪擾。另一方面，電極材料、結(jié)構(gòu)等的選擇與規(guī)劃，長期記載電極功能的評價(jià)，植入點(diǎn)周圍微環(huán)境的改變等方面因素也是阻止侵入式BCI發(fā)展的難題。比如，在斯坦福大學(xué)這項(xiàng)的“意念寫字”研討中，研討人員就憂慮其大腦中植入的電極陣列會由于細(xì)小的移動以及疤痕的形成，對讀取神經(jīng)信號的效果有所影響，因此必須要定期從頭校準(zhǔn)。一起，體系的“壽數(shù)、安全性和有效性”還有待進(jìn)一步證明。
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來源：科技日報(bào)
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