腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)的案例
腦機(jī)接口的新突破——“入耳式”
腦機(jī)接口（Brain-computer interfaces，BCIs）代表了一個(gè)突破性的技術(shù)領(lǐng)域，它彌合了人類大腦和外部設(shè)備之間的差距。這些接口使大腦和計(jì)算機(jī)之間能夠直接通信，允許個(gè)人以思想來控制機(jī)器并進(jìn)行交互。腦機(jī)接口有可能改變?nèi)祟惿畹母鱾€(gè)方面，從醫(yī)療保健、通信到游戲和各種輔助技術(shù)。
腦機(jī)接口最有前景的一個(gè)方面是在醫(yī)療保健領(lǐng)域。對(duì)于那些有嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)障礙的人，如癱瘓或閉鎖綜合征的人，腦機(jī)接口提供了恢復(fù)溝通和行動(dòng)的可能性。這些接口可以讓用戶用意念控制假肢、機(jī)器人外骨骼甚至輪椅，從而顯著提高他們的生活質(zhì)量。
但這種技術(shù)的潛力遠(yuǎn)不僅僅為殘障人式的提供幫助。例如，在游戲和娛樂行業(yè)，腦機(jī)接口開辟了沉浸式體驗(yàn)的新維度。玩家可以通過意念與虛擬環(huán)境互動(dòng)、控制角色或操縱游戲中的物體，將整體游戲體驗(yàn)提升到前所未有的水平。
鑒于該技術(shù)的廣泛適用性，使其在外形上便攜是一個(gè)重要的目標(biāo)。然而，目前最常見的設(shè)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(shí)用?；蛘呃没谖⑨樀那秩胄苑椒ǎ@可能導(dǎo)致炎癥風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)軟組織的不可逆損傷。為了廣泛采用腦機(jī)接口技術(shù)，顯然需要更好的選擇。
由清華大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組最近所做的工作可能會(huì)使腦機(jī)接口領(lǐng)域發(fā)生重大變化。他們開發(fā)了一種軟的、適形的耳內(nèi)生物電子設(shè)備，可以穩(wěn)定地記錄腦電圖(EEG)測(cè)量結(jié)果。它是舒適的，適應(yīng)每個(gè)人獨(dú)特的解剖結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵的是，它不會(huì)干擾正常的聽力。
展開 馬斯克的腦機(jī)接口，一塊樹莓派就能做出來？
想必大家都聽說過馬斯克，還有特斯拉，SpaceX以及腦機(jī)接口。
前兩個(gè)太難了，但是現(xiàn)在只需要一塊樹莓派的板子，就可以做一個(gè)低配版的腦機(jī)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(shè)備只用一塊樹莓派板子做處理器，可以實(shí)時(shí)處理八個(gè)大腦電信號(hào)：
不信來看看實(shí)時(shí)信號(hào)圖像：
這些有規(guī)律的波形就是大腦在進(jìn)行活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電信號(hào)。
目前這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)開源，成本也不高，如果想自己動(dòng)手做一個(gè)腦機(jī)接口，機(jī)不可失，趕快來學(xué)一學(xué)~
樹莓派腦機(jī)接口
在制作設(shè)備之前，我們要先有一個(gè)大致的框架。
腦機(jī)接口的框架很好理解：首先從腦殼上讀取生物電信號(hào)，然后傳到處理器中處理，最后用輸出信號(hào)控制其他設(shè)備。
所以第一步就是要讀取腦中的生物信號(hào)，為此Rakhmatulin做了一個(gè)小帽子（下圖左邊），上面有8個(gè)電極（下圖右邊）。
這8個(gè)電極的位置是依據(jù)國(guó)際10-20系統(tǒng)（如下圖）的腦電圖檢測(cè)電極位置來確定的，其中首字母代表大腦不同的分區(qū)，例如F為額葉，P是頂葉，T是顳葉等：
△圖注：國(guó)際10-20系統(tǒng)
當(dāng)大腦在進(jìn)行不同的活動(dòng)時(shí)，也會(huì)同時(shí)產(chǎn)生可以區(qū)分的電信號(hào)模式。這樣這些電極就可以檢測(cè)到電信號(hào)，用以進(jìn)行后續(xù)的分析處理。
有了腦信號(hào)之后，接下來第二步，就是對(duì)信號(hào)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(jié)構(gòu)：
上圖中左邊10個(gè)管腳中的8個(gè)接小帽子上的8個(gè)電極，1個(gè)接參考電平，1個(gè)接偏移信號(hào)。
右邊的管腳用來傳輸數(shù)據(jù)，采樣率為每秒250次到每秒16000次。
Rakhmatulin已經(jīng)在GitHub開源了實(shí)時(shí)信號(hào)檢測(cè)和處理的代碼。
展開 DARPA腦機(jī)接口技術(shù)突破 單人同時(shí)操控三架無人機(jī)
隨著無人機(jī)戰(zhàn)爭(zhēng)的不斷涌現(xiàn)，飛行員已經(jīng)首次能夠坐在美國(guó)的辦公室，就在中東地區(qū)投下炸彈。現(xiàn)在，一名飛行員只需要借助他們的大腦就能夠完成全部的作戰(zhàn)任務(wù)，完全不需要用手動(dòng)操控。
本月月初的時(shí)候，美國(guó)軍事研究機(jī)構(gòu)——國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）公布了一個(gè)2015年啟動(dòng)的項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目研發(fā)的新技術(shù)能夠賦予飛行員借助思維同時(shí)操控多架飛機(jī)和無人機(jī)的能力。
據(jù)防務(wù)一號(hào)網(wǎng)站報(bào)道，DARPA生物技術(shù)辦公室的負(fù)責(zé)人Justin Sanchez稱：“截至今天，大腦信號(hào)已經(jīng)能夠用于下達(dá)命令，并且同時(shí)操控三種類型的飛機(jī)?！盨anchez有可能已經(jīng)在DARPA 60周年紀(jì)念日的“神經(jīng)技術(shù)未來發(fā)展”會(huì)議上公布了這一研究成果，他的團(tuán)隊(duì)多年來不斷的獲得進(jìn)步。
早在2016年的時(shí)候，裝備了腦機(jī)接口（BCI）的志愿者就能夠在模擬飛行中操控一架飛機(jī)，并且同時(shí)操控另外兩架飛機(jī)處于飛行編隊(duì)中。DARPA生物技術(shù)辦公室的一位發(fā)言人聲稱，所有的操作都是志愿者借助大腦完成的。
在2017年的時(shí)候，癱瘓患者Nathan Copeland就能夠在另外一次模擬中操控一架飛機(jī)，而這一次借助的是觸覺反饋。如果飛機(jī)需要向一個(gè)特定的方向飛行，Copeland的神經(jīng)植入物就會(huì)在他的手上產(chǎn)生一種刺痛感。
DARPA發(fā)言人稱，由于這種人機(jī)接口利用的是植入或者連接到大腦感知和運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)層的電極，所以實(shí)驗(yàn)只能局限于那些存在各種不同癱瘓程度的志愿者。也就是說操控這些模擬飛機(jī)的人們已經(jīng)擁有了大腦植入物，或者至少有理由進(jìn)行這種植入手術(shù)。
為了嘗試和了解如何使這項(xiàng)技術(shù)變得更容易利用，并且不需要通過外科手術(shù)在人類大腦中植入金屬探針，DARPA最近啟動(dòng)了新一輪的免手術(shù)神經(jīng)技術(shù)項(xiàng)目（代號(hào)N3）。這個(gè)項(xiàng)目是為了讓這種非侵入式的裝置具備類似的能力，但是在外形上看起來更像腦電圖掃描帽。當(dāng)飛行員完成飛行任務(wù)之后就可以輕易取下來。
展開 腦機(jī)接口這門技術(shù)到底有多殘酷？
《黑鏡》中描繪的世界，稱得上是對(duì)于腦機(jī)接口這一技術(shù)的完美想象——簡(jiǎn)單易行、隨取隨用、安全無創(chuàng)，讓人永生甚至擁有無數(shù)次生命，用這些意識(shí)體會(huì)到無限可能。
可現(xiàn)實(shí)中的腦機(jī)接口技術(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有這么美好，這項(xiàng)技術(shù)是危險(xiǎn)甚至殘忍的。
腦機(jī)接口有多強(qiáng)大？百萬與百億間的低效抗?fàn)?腦機(jī)接口技術(shù)可以被粗略的分為兩部分，一部分是通過對(duì)神經(jīng)的刺激，讓人獲知感受，另一部分則是通過對(duì)神經(jīng)元運(yùn)動(dòng)的讀取，把人的意識(shí)讀取、記錄甚至抽取出來。
這兩部分技術(shù)的用途，也并不是科幻電視劇中的使人永生或進(jìn)行腦補(bǔ)游戲，而是更實(shí)際一些，比如刺激腦部神經(jīng)，讓盲人、聾人能感受到聲音和視覺信號(hào)。以及讀取腦部神經(jīng)的運(yùn)動(dòng)，幫助漸凍癥患者、阿爾茲海默患者、中風(fēng)患者過上正常人的生活。
可現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)沒有想象中那么美好。
要知道人腦的運(yùn)動(dòng)是非常復(fù)雜的，整個(gè)大腦有850億個(gè)神經(jīng)元，我們要如何得知他們都是如何運(yùn)動(dòng)的呢？
對(duì)大腦進(jìn)行核磁共振記錄、在頭皮貼上電極收集腦電運(yùn)動(dòng)，這些采集方式雖然實(shí)行起來方便、對(duì)使用對(duì)象的傷害較少，但效果甚微。僅僅能監(jiān)測(cè)到幾萬到幾百萬個(gè)神經(jīng)元的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，同時(shí)對(duì)于運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)記錄的精細(xì)程度也很低。
這樣就意味著，整個(gè)腦機(jī)接口的研究是非常之低效的。舉個(gè)例子，如果我們想通過腦機(jī)接口對(duì)人腦神經(jīng)元進(jìn)行刺激，讓人產(chǎn)生痛感，前提就要知道哪些神經(jīng)元、進(jìn)行了怎樣的運(yùn)動(dòng)才會(huì)產(chǎn)生痛感。
以目前我們對(duì)大腦和意識(shí)的了解，腦機(jī)接口最多只能做到捕捉信號(hào)，讓癱瘓患者移動(dòng)機(jī)械手臂喂自己喝一杯水。而且就這一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作還需要大量的練習(xí)，很難達(dá)到人們想象中操控自如的狀態(tài)。更別提科幻電影中通過腦機(jī)接口讓人活在幻想世界了。
腦機(jī)接口研究有多殘酷？這位“科學(xué)怪人”為自己開顱
那是否擁有更高效的腦機(jī)接口方式呢？
展開 
《Science》：?jiǎn)酒鹩|覺的腦-機(jī)接口，改善機(jī)器手臂的控制！
機(jī)接口控制的義肢，可以使四肢癱瘓的人恢復(fù)功能性運(yùn)動(dòng)。
【見多識(shí)廣】腦機(jī)接口新突破，癱瘓患者可用意念寫字，準(zhǔn)確率99％
研究團(tuán)隊(duì)將人工智能軟件與一款腦機(jī)接口設(shè)備結(jié)合起來，與一名大腦中植入腦機(jī)接口設(shè)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(zhuǎn)換為電腦屏幕上的文本?！斑@種腦機(jī)接口是為那些患有‘閉鎖綜合征’（Locked-in Syndrome）的人設(shè)計(jì)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(xiàng)研究的通訊作者同時(shí)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(dòng)你的眼睛卻動(dòng)彈不得，這樣的設(shè)備可以讓輸入你想法的速度與正常的手寫或在智能手機(jī)上打字相媲美?！? Willett是斯坦福大學(xué)神經(jīng)修復(fù)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)室的研究科學(xué)家，由霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所任命。他的研究工作主要圍繞改善腦機(jī)接口、理解大腦是如何表現(xiàn)和控制運(yùn)動(dòng)的。除Willett之外，該項(xiàng)研究主要由斯坦福大學(xué)神經(jīng)外科醫(yī)生Henderson，斯坦福大學(xué)霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員Krishna Shenoy共同指導(dǎo)，Willett即是Shenoy團(tuán)隊(duì)中的一員。Shenoy和Henderson則從2005年就開始合作腦機(jī)接口研究。
《自然》還同期刊發(fā)了華盛頓大學(xué)Pavithra Rajeswaran、Amy Orsborn兩位研究人員對(duì)該項(xiàng)研究的觀點(diǎn)文章?！氨M管還有很多工作要做， Willett及其同事的這項(xiàng)研究是一個(gè)里程碑，拓寬了侵入式腦機(jī)接口應(yīng)用的視野。”他們?cè)u(píng)價(jià)道，這項(xiàng)研究中的方法“使允許快速交流的神經(jīng)接口更接近現(xiàn)實(shí)?！?/span>
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