窥探大脑脑机接口开始步出研究领域

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1、窥探大脑：脑-机接口硬件步出研究领域MargeryConner,EDN技术编辑一个精确而低成木的BCI（脑机接口）可以帮助实现科幻理想，即不需要说话、打手势，或在键盘上输入，就能与机器通信：你只要思想，机器就会响应。BC1技术不仅是科幻爱好者的天地，它还有着明确的用途：用于瘫痪病人的诊疗设备，或针对大脑状况的研究，如帕金森症或癫痫。其它可能的应用包括：游戏控制接口以及军用设备。例如，美国国防部高级研究计划署（DARPA）为改进矫正整形术的仿生臂项目对犹他犬学的BCT研究作了部分投资。此外，不断增长的军用遥控飞机应

2、用也突显出了BCI的军用潜力。大脑是一个充满液体和神经元的3磅容器，神经元Z间通过微小电脉冲的激励做相互交流。这些电信号的追踪有儿种方式：一种方式需要进入颅骨内，在脑上或脑内植入电极。这种方法有风险，迄今仅用于治疗口标，例如，用于癫痫的研究与治疗。另一种方法叫ECOG（皮层脑电图），它的出现可回溯到50年代。它是将屯极直接置于人脑的暴露面上，但仍然处于颅骨内，记录来自大脑皮层的电活动。犹他大学研究人员的最新研究采用了婴儿用阿斯匹林大小的硅电极，其悬浮在大脑上方，但仍在颅骨内。微ECOG（microECOG）包括了

3、一个电极阵列，而不只是一只电极（图1和参考文献1）。研究人员将微型电极阵列置于颅骨与大脑Z间。他们发现，这些电极可以准确地探测到控制手臂运动的大脑信号。外科医生将两种微ECOG置于严重癫痫病人的大脑上。为了置入较人ECOG电极，临时去掉了病人的部分颅骨，电极的位置是在导致癫痫病发作的脑区。这些较大的金属制钮扌II式电极按照数字编号。图1（左）亦显示了两个微ECOG阵列，每个有16只微电极，连接到穿过橙色与绿色管子的微导线上。图像编辑软件将电极汇总在图中。图1（右）显示了一个有32个微电极的微ECOG阵列，它连接到

4、穿过图下方一只透明管的微导线上。绿色导线连接到大的普通ECOG电极上。图1.就他大学的研究人员采用■谆在大脑上.但在颅骨内的硅电根.两个徴ECOG阵列（甸个有16只H电极）连接到穷辽也色与操色*的（左）・一个WECOC»列有32个嫩电殺.它建接豹穿过一根盪明■的徹技（右）・绿维連接對大的普連ECOC电极上（NeurosufgicalFbcus与址他大学梯经外科系提供）ECOG与微ECOG都是穿入大脑的电极和型（脑电图）之间的中间步骤，EEG将电极放在颅肯外的头皮上。与有风险的外科手术性质ECOG相比，EEG方法相

5、对简单，它采用粘连方式，将电极固定在头皮上。不过，大脑电信号要到达头皮的电极，就必须经过颅骨。骨导电率很低，信号会很快衰减。当大脑的信号穿过膜、颅骨和头发时，这些已很弱小的信号就更难以识别了。医疗用途的EEG使用需要导电凝胶的电极，在粘贴和去除时很麻烦。医疗级EEG传感器系统的价格可达数力美元，从而使BCI的研究停留在学术和医疗研究领域（图2）o图2,医用级的EEC传感系统价格可能有数万美元.使BCI的相关研究停留在了学术和医疔研究领域"然而，高利润的游戏市场已将游戏的思想控制看作一种新颖的花样，而军队应用也推动

6、着对BC1设备的兴趣，因而其成本开始下跌，远低于医疗研究质量EEG的数万美元价格。最近由Emotiv公司提供的Epoc以及NeuroSky公司的Mindset价格都在约150美元〜300美元。基于EEG的头戴套件如何获得了强大的BCT硬件方案？今年初，在麻省理工学院的一个BCT工作室内，奇点大学（SingularityUniversity）始建者RodFurlan概述了他对有创和无创BCI的观点（参考文献2）。他说：“无创接口一般只限于读取大脑的状态，因此不可能发展出健壮的输入输出解决方案。专家们一致认为，EEG

7、T1J能是一个死胡同，因为，虽然它提供了很好的临时解决方案，但可实现的最大空间方案却可能缺乏未来的应用需求。”EEG套件制造商Emotiv公司的合伙创始人兼总裁TanLe解释了人脑、EEG局限以及Emotiv的方案（参考文献3）。她说：“我们的大脑由数十亿神经元构成，轴索连接起来的长度约有17万公里。当这些神经元相互作用时，化学反应会产生出电脉冲，这是可以测量的。我们大脑的大部分功能是分布在大脑的外表层。为了增加可用的脑容量面积，大脑表层有大量褶皱。这种褶皱给电脉冲的解析带来了很大的挑战，因为每个人脑皮质的褶皱方

8、式都不一样。即使一个信号来自大脑的相同功能部分，但曲于结构的折叠，每个人的实际位置都非常不同，哪怕是两个弯生人。”"Emotiv创造了一种算法，可'解开’皮层褶皱，使信号更近地映射到其来源，从而能用于大量人口。EEG测量一般要用一个由传感器陈列组成的发网。Emotiv套件是一个14通道的高保真EEG采集系统，不需要做头部备皮，也没有导电胶。它只要儿分钟的穿戴和信号安定时间