腦機接口
關注創建者：匿名 創建時間：2022-05-31
腦機接口的實例教程
腦機接口（Brain-computer interfaces，BCIs）代表了一個突破性的技術領域，它彌合了人類大腦和外部設備之間的差距。這些接口使大腦和計算機之間能夠直接通信，允許個人以思想來控制機器并進行交互。腦機接口有可能改變人類生活的各個方面，從醫療保健、通信到游戲和各種輔助技術。
腦機接口最有前景的一個方面是在醫療保健領域。對于那些有嚴重運動障礙的人，如癱瘓或閉鎖綜合征的人，腦機接口提供了恢復溝通和行動的可能性。這些接口可以讓用戶用意念控制假肢、機器人外骨骼甚至輪椅，從而顯著提高他們的生活質量。
但這種技術的潛力遠不僅僅為殘障人式的提供幫助。例如，在游戲和娛樂行業，腦機接口開辟了沉浸式體驗的新維度。玩家可以通過意念與虛擬環境互動、控制角色或操縱游戲中的物體，將整體游戲體驗提升到前所未有的水平。
鑒于該技術的廣泛適用性，使其在外形上便攜是一個重要的目標。然而，目前最常見的設備類型是基于帽子或頭帶的，這在日常使用情境下并不完全實用。或者利用基于微針的侵入性方法，但這可能導致炎癥風險和對軟組織的不可逆損傷。為了廣泛采用腦機接口技術，顯然需要更好的選擇。
由清華大學研究人員領導的一個研究小組最近所做的工作可能會使腦機接口領域發生重大變化。他們開發了一種軟的、適形的耳內生物電子設備，可以穩定地記錄腦電圖(EEG)測量結果。它是舒適的，適應每個人獨特的解剖結構，關鍵的是，它不會干擾正常的聽力。
展開 《黑鏡》中描繪的世界，稱得上是對于腦機接口這一技術的完美想象——簡單易行、隨取隨用、安全無創，讓人永生甚至擁有無數次生命，用這些意識體會到無限可能。
可現實中的腦機接口技術，遠遠沒有這么美好，這項技術是危險甚至殘忍的。
腦機接口有多強大？百萬與百億間的低效抗爭
腦機接口技術可以被粗略的分為兩部分，一部分是通過對神經的刺激，讓人獲知感受，另一部分則是通過對神經元運動的讀取，把人的意識讀取、記錄甚至抽取出來。
這兩部分技術的用途，也并不是科幻電視劇中的使人永生或進行腦補游戲，而是更實際一些，比如刺激腦部神經，讓盲人、聾人能感受到聲音和視覺信號。以及讀取腦部神經的運動，幫助漸凍癥患者、阿爾茲海默患者、中風患者過上正常人的生活。
可現實遠沒有想象中那么美好。
要知道人腦的運動是非常復雜的，整個大腦有850億個神經元，我們要如何得知他們都是如何運動的呢？
對大腦進行核磁共振記錄、在頭皮貼上電極收集腦電運動，這些采集方式雖然實行起來方便、對使用對象的傷害較少，但效果甚微。僅僅能監測到幾萬到幾百萬個神經元的運動表現，同時對于運動表現記錄的精細程度也很低。
這樣就意味著，整個腦機接口的研究是非常之低效的。舉個例子，如果我們想通過腦機接口對人腦神經元進行刺激，讓人產生痛感，前提就要知道哪些神經元、進行了怎樣的運動才會產生痛感。
以目前我們對大腦和意識的了解，腦機接口最多只能做到捕捉信號，讓癱瘓患者移動機械手臂喂自己喝一杯水。而且就這一個簡單的動作還需要大量的練習，很難達到人們想象中操控自如的狀態。更別提科幻電影中通過腦機接口讓人活在幻想世界了。
腦機接口研究有多殘酷？這位“科學怪人”為自己開顱
那是否擁有更高效的腦機接口方式呢？
展開 研究團隊將人工智能軟件與一款腦機接口設備結合起來，與一名大腦中植入腦機接口設備的癱瘓患者合作，讓該患者想象他拿著一支筆，在一張橫線紙上“嘗試”寫字，就像他的手沒有癱瘓一樣。并將該男子手寫意圖快速轉換為電腦屏幕上的文本。“這種腦機接口是為那些患有‘閉鎖綜合征’（Locked-in Syndrome）的人設計的，這些人群幾乎所有的隨意肌都癱瘓，無法說話或交流。”該項研究的通訊作者同時也是第一作者的Francis R. Willett博士表示，“想象一下,如果你只能上下移動你的眼睛卻動彈不得，這樣的設備可以讓輸入你想法的速度與正常的手寫或在智能手機上打字相媲美。”
Willett是斯坦福大學神經修復轉化實驗室的研究科學家，由霍華德·休斯醫學研究所任命。他的研究工作主要圍繞改善腦機接口、理解大腦是如何表現和控制運動的。除Willett之外，該項研究主要由斯坦福大學神經外科醫生Henderson，斯坦福大學霍華德·休斯醫學研究所研究員Krishna Shenoy共同指導，Willett即是Shenoy團隊中的一員。Shenoy和Henderson則從2005年就開始合作腦機接口研究。
《自然》還同期刊發了華盛頓大學Pavithra Rajeswaran、Amy Orsborn兩位研究人員對該項研究的觀點文章。“盡管還有很多工作要做， Willett及其同事的這項研究是一個里程碑，拓寬了侵入式腦機接口應用的視野。”他們評價道，這項研究中的方法“使允許快速交流的神經接口更接近現實。”
展開 想必大家都聽說過馬斯克，還有特斯拉，SpaceX以及腦機接口。
前兩個太難了，但是現在只需要一塊樹莓派的板子，就可以做一個低配版的腦機接口？
沒有開玩笑，這位俄羅斯小哥Rakhmatulin還真做出來了。
這接地氣的設備只用一塊樹莓派板子做處理器，可以實時處理八個大腦電信號：
不信來看看實時信號圖像：
這些有規律的波形就是大腦在進行活動時產生的電信號。
目前這個項目已經開源，成本也不高，如果想自己動手做一個腦機接口，機不可失，趕快來學一學~
樹莓派腦機接口
在制作設備之前，我們要先有一個大致的框架。
腦機接口的框架很好理解：首先從腦殼上讀取生物電信號，然后傳到處理器中處理，最后用輸出信號控制其他設備。
所以第一步就是要讀取腦中的生物信號，為此Rakhmatulin做了一個小帽子（下圖左邊），上面有8個電極（下圖右邊）。
這8個電極的位置是依據國際10-20系統（如下圖）的腦電圖檢測電極位置來確定的，其中首字母代表大腦不同的分區，例如F為額葉，P是頂葉，T是顳葉等：
△圖注：國際10-20系統
當大腦在進行不同的活動時，也會同時產生可以區分的電信號模式。這樣這些電極就可以檢測到電信號，用以進行后續的分析處理。
有了腦信號之后，接下來第二步，就是對信號的處理了。這里用樹莓派第三代或者是第四代都可以，如下的電路圖顯示了小黃板上的電路結構：
上圖中左邊10個管腳中的8個接小帽子上的8個電極，1個接參考電平，1個接偏移信號。
右邊的管腳用來傳輸數據，采樣率為每秒250次到每秒16000次。
Rakhmatulin已經在GitHub開源了實時信號檢測和處理的代碼。
展開 機接口控制的義肢，可以使四肢癱瘓的人恢復功能性運動。
腦機接口的最新內容
展會精心打造"具身智能專區"，集中展示人形機器人交互、外骨骼穿戴、AI機械臂繪制、腦機接口"意念控制"等深度互動項目，讓科技真正可觸可感。其中，北京人形機器人創新中心的"具身天工2.0"、宇樹科技的人形機器人G1及四足機器狗Go2、云深處"山貓M20"輪足機器人等重磅產品將輪番展演，展現具身智能領域的頂尖水平。
值得關注的是，本屆雙館展覽還升級了沉浸式互動體驗，打造“人機共生互動體驗區”，設置人形機器人交互、外骨骼穿戴、AI 機械臂繪制、腦機接口“意念控制”等深度互動項目，讓科技不再是遙遠的“黑科技”，而是可觸可感的生活體驗，進一步拉近科技與大眾的距離。
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與此同時，沉浸式互動體驗區將打破科技與大眾的壁壘：戴上外骨骼機器人感受力量增幅，通過腦機接口實現“意念控制”仿生手，體驗AI機械臂現場繪制肖像，甚至能與情感陪伴機器人進行多模態交互，在觸摸、操控與協作中，解鎖人機共生的未來圖景。
展會不止于技術展示，更搭建起千億級產業對接橋梁。
在人機共生體驗區，你可穿戴外骨骼設備，親身體驗力量賦能的奇妙；通過腦機接口技術“意念操控”機器人動作，與AI機械臂同臺創作繪畫作品，還能在數字人導覽的引導下，借助AR/VR技術“穿越”至未來智能工廠與智慧城市場景。專為大眾打造的“AI科普嘉年華”，開設編程馬拉松、AI繪畫工作坊等趣味互動項目，讓青少年近距離觸摸前沿科技，播撒創新種子。
同期舉辦的30余場高端論壇與活動，匯聚全球行業頂尖智慧。
在互動體驗區，觀眾可通過腦機接口設備控制虛擬角色，或與AI詩人合作完成一首即興詩歌。主辦方特別設置了“青少年AI啟蒙營”，通過編程游戲和機器人競賽激發下一代對技術的興趣。
深圳的區位優勢為展會注入了獨特活力。作為粵港澳大灣區的核心引擎，這里擁有華為、騰訊、大疆等科技領軍企業，也孕育了超過1000家人工智能相關企業，形成了從芯片設計到應用開發的完整閉環。
展示范圍：
新能源、人工智能、具身智能、低空經濟、信息安全、腦機接口、移動通信、智能傳感器、智能制造、汽車電子AI軟件/技術應用、機器視覺與傳感器、智能物流倉儲系統/解決方案、物聯網技術等
感謝您對本屆展會的參會和支持，謹祝參展成功！
在"AI奇妙夜"主題展區，觀眾可以通過腦機接口設備體驗意念控制；在"未來教室"體驗場景中，AI教師能根據學習者的表情和反應實時調整教學策略；"AI藝術工坊"則展示了人工智能在音樂創作、繪畫設計等創意領域的驚人表現。這些沉浸式體驗讓公眾直觀感受AI技術帶來的生活變革。
作為全球AI產業的重要風向標，本屆展會將發布《2026全球人工智能發展白皮書》，系統梳理技術演進路徑和產業應用趨勢。
展示內容涵蓋仿生驅動、具身智能、腦機接口等前沿技術及機器人上下游全產業鏈。
依托杭州強大產業背景，政策支持力度空前
杭州市作為國家新一代人工智能創新發展試驗區、人工智能創新應用先導區以及國家人工智能戰略布局重點城市，已形成完整的人形機器人產業鏈和創新生態。當前，杭州正積極推進"一中心一聯盟五平臺"高能級產業創新平臺建設。
人工智能展區
將聚焦大模型、人工智能芯片、腦機接口、機器人等前沿領域，邀請一批龍頭領軍企業展示人工智能創新產品和優秀解決方案，以及人工智能賦能電力、鋼鐵、汽車等行業以及文旅、消費等領域案例。
信創展區
圍繞自主創新芯片、PC、服務器等基礎硬件，以及操作系統、中間件、數據庫、辦公軟件、支撐軟件等基礎軟件，邀請國內信創領域龍頭企業集中展示最新產品、行業解決方案與典型案例。
