BrainGate團隊首次實現(xiàn)了人類大腦信號與計算機之間的無線高帶寬傳輸

只需要在腦海中想一下，就可以操控計算機完成所想的任務，比如在電腦屏幕上打字，或者是操控機械臂完成各種動作?？苹秒娪袄锏摹耙饽羁刂啤闭娴囊呷氍F(xiàn)實了。最新研究顯示，來自美國的 BrainGate 團隊首次實現(xiàn)了人類大腦信號與計算機之間的無線高帶寬傳輸。

據(jù)介紹，這套全新的 “無線腦機接口”（BWD）系統(tǒng)由兩部分構成，一部分是位于大腦皮質(zhì)內(nèi)的電極陣列，另一部分是位于體外的無線發(fā)射器。無線發(fā)射器是一個5cm大小、43g 重的小型裝置，固定在使用者的頭部，與大腦運動皮層內(nèi)的電極陣列相連，可以捕捉大腦神經(jīng)元發(fā)出的信號并翻譯為電腦指令，以便使用者控制機械來完成操作。

與此前研發(fā)的腦機接口相比，這套系統(tǒng)一方面實現(xiàn)了從有線到無線的突破，擺脫了繁冗的電纜束縛，讓使用者可以脫離實驗環(huán)境進入真實的生活場景進行意念控制的體驗；另一方面，通過“全寬帶保真度”和“單神經(jīng)元分辨率”來傳輸大腦信號，有效保證了準確性和保真度。

究竟什么叫做“腦機連接”？根據(jù)生物學常識，大腦皮質(zhì)中分布著大約200億個神經(jīng)元，每個神經(jīng)元有高達1000個通向其他神經(jīng)元的突觸連接，不僅負責我們的聽覺、視覺等復雜的感官信息，還掌握著我們的語言、運動、思考、性格等。腦機接口技術簡單來說，就是通過刺激或記錄神經(jīng)元的方式，將外部設備與大腦相連，實現(xiàn)信息的雙向交換。

當下，主流腦機接口設備分為三類：一類是讀取頭皮腦電圖（EEG）的腦電帽，無需植入，只需將電極粘貼在頭皮上，即可記錄大腦中的電流變化；第二類是讀取皮層腦電圖（ECoG）的芯片、電極和傳感器，電極需植入大腦表層；第三類是讀取腦組織內(nèi)部信號的皮質(zhì)內(nèi)電極（Intracortical BCI，iBCI），電極需植入大腦皮層內(nèi)部。

其中，iBCI 的信號分辨率最高，但在安全性、材料穩(wěn)定性和倫理等方面的風險也是最大的。而此次BrainGate 的 iBCI 無線腦機接口已經(jīng)成功獲得了美國食品和藥物管理局、布朗大學審查委員會及所有相關合作單位的許可。兩名實驗參與者分別被植入了兩個有 96 個電極的電極陣列，利用無線設備可以通過意念在標準的平板電腦上進行指向、點擊和打字，且打字的準確率超過每分鐘 37 個字符。

在中國也有很多類似的研究。此前，浙江大學腦機接口團隊首次通過對腦內(nèi)植入Utah陣列電極，幫助一位72歲高齡的高位截癱志愿者，利用意念控制機械手臂的三維運動，實現(xiàn)進食、飲水和握手等一系列上肢重要功能運動，在“植入式腦機接口臨床轉(zhuǎn)化應用研究”上取得了重要的階段性成果。但需要注意的是，這種侵入式腦機接口的效果并非永久性的。隨著時間的推移，周圍的膠質(zhì)細胞會逐漸將電極包裹起來，電極監(jiān)測到的神經(jīng)元活動會越來越少。

實際上，腦機接口技術目前仍處于探索與研究階段，面臨著腦科學、腦電信號采集、神經(jīng)解碼和編碼、安全性、通信速度等諸多亟待解決的問題，距離商業(yè)化還有一段距離。然而，可以預見的是，該技術具有廣泛的應用空間，在醫(yī)療健康、航空航天、教育、娛樂、智能家居等多個領域皆有落地可能。市場研究機構Valuates Reports報告顯示，預計到2027年，全球腦機接口市場規(guī)?；蜻_到38.5億美元。

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