1. 腦機介面技術的介紹
腦-機介面是在人腦與計算機或其它電子設備之間建立的直接的交流和控制通道 ,通過這種通道 ,人就可以直接通過腦來表達想法或操縱設備 ,而不需要語言或動作 ,這可以有效增強身體嚴重殘疾1的患者與外界交流或控制外部環境的能力 ,以提高患者的生活質量。腦-機介面技術是一種涉及神經科學2、信號檢測、信號處理3、模式識別等多學科的交叉技術。
2. 腦機介面是什麼意思
腦機介面(brain-computer interface,BCI),指在人或動物大腦與外部設備之間創建的直接連接,實現腦與設備的信息交換。這一概念其實早已有之,但直到上世紀九十年代以後,才開始有階段性成果出現。
2008年,匹茲堡大學神經生物學家宣稱利用腦機介面,猴子能用操縱機械臂給自己餵食。2020年8月29日,埃隆·馬斯克自己旗下的腦機介面公司找來「三隻小豬」向全世界展示了可實際運作的腦機介面晶元和自動植入手術設備。
(2)腦機介面擴展閱讀:
相關倫理問題
關於腦機介面的倫理學爭論尚不活躍,動物保護組織也對這方面的研究關注也不多。這主要是因為腦際介面研究的目標是克服多種殘疾,也因為腦機介面通常給予病人控制外部世界的能力,而不是被動接受外部世界的控制。(當然視覺假體、人工耳蝸等感覺修復技術是例外。)
有人預見,未來當腦際介面技術發展到一定程度後,將不但能修復殘疾人的受損功能,也能增強正常人的功能。例如深部腦刺激(DBS)技術和RTMS等技術可以用來治療抑鬱症和帕金森氏病,將來也可能可以用來改變正常人的一些腦功能和個性。
又例如,上文提及的海馬體神經晶元將來可能可以用來增強正常人的記憶。這可能將帶來一系列關於「何為人類」、「心靈控制」的問題爭論。
3. 什麼是腦機介面腦機介面的工作方式是怎樣的
什麼是腦機介面?腦機介面的工作方式是怎樣的?
最簡單的腦機介面,或者是我們非常樂意使用的腦機介面,就是人手。我們早就能用手組建絕大部分機器輸入信息,現在我們用語音也能向輸入機器少量信息。但人手和語音都有局限。文字,不論是說出來的還是鍵盤打出來的,都只是我們真實意圖的代表,而在虛擬實體空間移動滑鼠的行為是使用者和軟體之間更加抽象的信息輸入。將我們的思維轉換成電腦指令,然後將電腦指令輸入電腦,這一過程不僅耗時,也讓人不能將注意力集中在手頭的工作上。
如果有一種更加直接的腦機介面,它通過金屬電線和半導體傳輸信息,而不是通過人體的神經和肌肉,從而擴大了信息瓶頸,會發生怎樣的變化?好吧,真是這樣的話,我們有了一種製造未來葯品的偉大方法,也極有可能是製造未來個人電腦的方法。
人腦和機器之間有兩種基本互動形式:信息輸入和信息輸出。信息輸入一般形式為一種加強或人工感應器官將信號直接輸給神經系統,如人工耳蝸或人工眼球。信息輸出包括讀取神經系統的信號和將其輸送給電腦系統,例如仿生手臂或純粹靠思維控制滑鼠。最先進的設備具備信號輸入和輸出的兩種功能,例如感測仿生假肢。
對人腦讀取或創建神經信號的區域和神經系統創建神經信號並將神經信號自然地發送至大腦的區域進行區分,具有重要意義。這兩種信息傳輸方式各有優缺點。
為了弄清楚上述二者的不同,我們來看看意識控制的假肢手臂。早期放生控制假肢幾乎全部是以外科手術方式將電極植入人腦表層,通過這些電極來讀取和記錄大腦活動。通過記錄全部與大腦意念相關的活動(「想像將滑鼠上移後左移。」),科學家就能讓電腦識別人類各種願望並執行相應指令。在任何特定時間段,電腦指令關注的只是人類神經持續大規模活動的一個微小片段,因此對於神經控制技術而言,這極具挑戰性。
這種計算機識別過程基本是嘗試著將比輪子還古老得多的東西進行徹底改造。經過自然選擇,生物進化造就了各種神經結構,他們能自然地篩選復雜無序的大腦指令和產生相對簡單的指令並由運動神經發送;相反地,我們人類也有著能將我們感官器官產生的信號轉變成我們精細的主觀感覺的神經結構。
讓一台電腦重新學習人腦篩選信息過程,最後我們會發現這不是最有效的方法。我們經常讓自己的身體為我們做最困難的工作,讓實時神經控制變得更簡單和更精準。
在神經修復學,有一個被稱為目標肌肉神經移植的概念。在某些情況下,目標肌肉神經移植能讓科學家保留截肢區域的受損肌肉的片段,並利用這些肌肉片段保持其他無用神經存活。在被截肢者身上,這些神經不能向任何器官發送信號,如果保持這些神經存活,就能持續地接收幻肢傳來的信號。這些幻肢信號,如同前文描述那樣,只是來自神經持續大規模活動的一個片段,很精細地從手臂的運動神經分離出來,幻肢信號能很容易地被識別。由於假肢使用者能使用原有的神經網路發出運動信號,如同他們截肢前那樣,使用者和假肢的互動會變得很自然,用不著去研究毫無意義的學習曲線。
與大腦的互動不通過大腦本身而通過神經系統某處一個觸點,對於輸入技術而言,這個概念行之有效。絕大部分視覺人造器官向視覺神經發送信號,這些人工信號進入大腦的方式與正常的眼睛一樣。這種信號傳輸方式避免了刺激大腦特點神經細胞可靠性低的問題,並且還能利用大腦自身信號傳遞程序來達到目的。
當然,這種使用自身神經系統來為我們造福的方法也有其局限性,受制於神經系統本身固有功能的限制。利用事先分離的肌肉信號來控制替代肌肉的假肢,可能比較容易和有效,但我們大腦內沒有內置滑鼠控制細胞,至少現在情況如此。最終,如果我們要實現大腦的復雜想法或完全實現精確控制動作,我們就必須追根朔源。
直接大腦讀取和控制已經取得了難以置信的進步,從機器先進的可注射神經網路到基因誘導光基因方法,都能強制神經細胞對光刺激作出反應。在頭戴設備設計方面,解決方法的侵襲性要麼變得更高,要麼變得更低,侵襲性變高的是高保真方法,但最終沒有拿出實用的設計,另一種為低保真方法,但已有實用設計出現。滿是電極的無沿帽可能看起來很酷,但在不久的將來,我們就會帶上它。
從長遠來看,還不知道我們到底會採用哪種方式。我們會最終會因為採用純軟體附肢,皮質運動區而變得更大?還是依賴電腦來實現我們的想法?如果你在商場發現了一件你朋友可能喜歡的毛衣,你手指觸摸毛衣的感覺會不會被你簡單地遠距傳送給朋友?這種替代生活會在本質上低於親自觸摸毛衣的生活嗎?
4. 腦機介面的介紹
腦機介面(brain-computer interface,BCI),有時也稱作「大腦埠」direct neural interface或者「腦機融合感知1」brain-machine interface,它是在人或動物腦(或者腦細胞的培養物)與外部設備間建立的直接連接通路。在單向腦機介面的情況下,計算機或者接受腦傳來的命令,或者發送信號到腦(例如視頻重建),但不能同時發送和接收信號。而雙向腦機介面允許腦和外部設備間的雙向信息交換。
5. 腦機介面去哪學您的回答對我非常重要,謝謝!
UCL,是這類專業的全球排名前3的學校。
6. 腦機介面是哪個專業
個人推薦神經科學方面的,僅供參考,最好出國
7. 腦機介面的早期工作
在面向運動功能的腦機介面方面,發展演算法重建運動皮層神經元對運動的控制,該研究可以回溯到20世紀70年代。Schmidt, Fetz和Baker領導的小組在20世紀70年代證實了猴可以在閉環的操作性條件作用(closed-loop operant conditioning)後快速學會自由地控制初級運動皮層中單個神經元的放電頻率。20世紀80年代,約翰斯·霍普金斯大學的Apostolos Georgopuolos找到了獼猴的上肢運動的方向和運動皮層中單個神經元放電模式的關系。他同時也發現,一組分散的神經元也能夠編碼肢體運動。
上世紀九十年代中期以來,面向運動的腦機介面經歷了迅速的發展。若干研究小組已經能夠使用神經集群記錄技術實時捕捉運動皮層中的復雜神經信號,並用來控制外部設備。其中主要包括了Richard Andersen、John Donoghue、Phillip Kennedy、Miguel Nicolelis和Andrew Schwartz等人的研究小組。 迄今人類已經能夠修復或者正在嘗試修復的感覺功能包括聽覺、視覺和前庭感覺。
人工耳蝸是迄今位置最成功、臨床應用最普及的腦機介面。
視覺修復技術尚在研發之中。這方面的研究和應用落後於聽覺同能的主要原因是視覺傳遞信息量的巨大和外周感覺器官(視網膜)和中樞視覺系統在功能上的相對復雜性。具體參見視覺假體。
美國約翰·霍普金斯大學的Della Santina及其同事開發出一種可以修復三維前庭感覺的前庭植入物。
8. 腦機介面的介面研究
侵入式腦機介面主要用於重建特殊感覺(例如視覺)以及癱瘓病人的運動功能。此類腦機介面通常直接植入到大腦的灰質,因而所獲取的神經信號的質量比較高。但其缺點是容易引發免疫反應和愈傷組織(疤),進而導致信號質量的衰退甚至消失。
視覺腦機介面方面的一位先驅是William Dobelle。他的皮層視覺腦機介面主要用於後天失明的病人。1978年,Dobelle在一位男性盲人Jerry的視覺皮層植入了68個電極的陣列,並成功製造了光幻視(Phosphene)。該腦機介面系統包括一個採集視頻的攝像機,信號處理裝置和受驅動的皮層刺激電極。植入後,病人可以在有限的視野內看到灰度調制的低解析度、低刷新率點陣圖像。該視覺假體系統是攜帶型的,且病人可以在不受醫師和技師幫助的條件下獨立使用。
2002年,Jens Naumann成為了接受Dobelle的第二代皮層視覺假體植入的16位病人中的第一位。第二代皮層視覺假體的特點是能將光幻視更好地映射到視野,創建更穩定均一的視覺。其光幻視點陣覆蓋的視野更大。接受植入後不久,Jens就可以自己在研究中心附近慢速駕車漫遊。
針對「運動神經假體」的腦際介面方面,Emory大學的Philip Kennedy和Roy Bakay最先在人植入了可獲取足夠高質量的神經信號來模擬運動的侵入性腦際介面。他們的病人Johnny Ray患有腦干中風導致的鎖閉綜合症。Ray在1998年接受了植入,並且存活了足夠長的時間來學會用該腦機介面來控制電腦游標。
2005年,Cyberkinetics公司獲得美國FDA批准,在九位病人進行了第一期的運動皮層腦機介面臨床試驗。四肢癱瘓的Matt Nagle成為了第一位用侵入式腦機介面來控制機械臂的病人,他能夠通過運動意圖來完成機械臂控制、電腦游標控制等任務。其植入物位於前中回的運動皮層對應手臂和手部的區域。該植入稱為BrainGate,是包含96個電極的陣列。
部分侵入式腦機介面一般植入到顱腔內,但是位於灰質外。其空間解析度不如侵入式腦機介面,但是優於非侵入式。其另一優點是引發免疫反應和愈傷組織的幾率較小。
皮質腦電圖(ECoG:ElectroCorticoGraphy)的技術基礎和腦電圖的相似,但是其電極直接植入到大腦皮層上,硬腦膜下的區域。華盛頓大學(聖路易斯)的Eric Leuthardt和Daniel Moran是最早在人體試驗皮層腦電圖的研究者。根據一則報道,他們的基於皮層腦電圖的腦際介面能夠讓一位少年男性病人玩電子游戲。同時該研究也發現,用基於皮層腦電圖的腦機介面來實現多於一維的運動控制是比較困難的。
基於「光反應成像」的腦機介面尚處在理論階段。其概念是在顱腔內植入可測量單神經元興奮狀態的微型感測器,以及受其驅動的微型激光源。可用該激光源的波長或時間模式的變化來編碼神經元的狀態,並將信號發送到顱腔外。該概念的優點是可在感染、免疫反應和愈傷反應的幾率較小的條件下長時間監視單個神經元的興奮狀態。 作為有潛力的非侵入式腦機介面已得到深入研究,這主要是因為該技術良好的時間解析度、易用性、便攜性和相對低廉的價格。但該技術的一個問題是它對雜訊的敏感,另一個使用EEG作為腦機介面的現實障礙是使用者在工作之前要進行大量的訓練。這方面研究的一個典型例子是德國圖賓根大學的Niels Birbaurmer於1990年代進行的項目。該項目利用癱瘓病人的腦電圖信號使其能夠控制電腦游標。經過訓練,十位癱瘓病人能夠成功地用腦電圖控制游標。但是游標控制的效率較低,在屏幕上寫100個字元需要1個小時,且訓練過程常耗時幾個月。在Birbaumer的後續研究中,多個腦電圖成分可被同時測量,包括μ波和β波。病人可以自主選擇對其最易用的成分進行對外部的控制。
與上述這種需要訓練的EEG腦機介面不同,一種基於腦電P300信號的腦機介面不需要訓練,因為P300信號是人看到熟識的物體是非自主地產生的。美國羅切斯特大學的Jessica Bayliss的2000年的一項研究顯示,受試者可以通過P300信號來控制虛擬現實場景中的一些物體,例如開關燈或者操縱虛擬轎車等。
1999年,美國凱斯西留地大學由Hunter Peckham領導的研究組用64導腦電圖恢復了四肢癱瘓病人Jim Jatich的一定的手部運動功能。該技術分析腦電信號中的β波,來分類病人所想的向上和向下兩個概念,進而控制一個外部開關。除此以外,該技術還可以使病人控制電腦游標以及驅動其手部的神經控制器,來一定程度上回復運動功能。
應用人工神經網路,計算機可以分擔病人的學習負擔。Fraunhofer學會2004年用這一技術顯著降低了腦機介面訓練學習所需的時間。
Eardo Miranda的一系列試驗旨在提取和音樂相關的腦電信號,使得殘疾病人可以通過思考音樂來和外部交流,這種概念稱為「腦聲機」(encephalophone)。 John Donoghue及其同事創立了Cybernetics公司,宗旨是推動實用的人類腦機介面技術的發展。該公司目以Cybernetics神經技術公司為名在美國股市上市。BrainGate是該公司生產的電極陣列,該產品基於美國猶他大學的Richard Normann研發的「猶他」電極陣列。
Philip Kennedy創立了Neural Signals公司。該公司生產的腦機介面設備使用玻璃錐內含的蛋白質包裹的微電極陣列,旨在促進電極和神經元之間的耦合。該公司除了生產侵入式腦際介面產品,還銷售一種可回復言語功能的植入設備。
2004年為止,William Dobelle創建的公司已經在16位失明病人內植入了初級視皮層視覺假體。該公司仍在繼續研發視覺植入物,但這類產品至今沒有獲得FDA的批准,因而不能在美國境內使用於人類。
9. 馬斯克腦機介面是真的嗎
是真的
腦機介面又叫大腦埠或腦機融合感知。這是一項將人或動物大腦與外部設備建立連接通路的現代科學技術。這種介面有單向和雙向之分,單向腦機介面計算機只接受大腦傳來的命令,或者計算機發送信號到大腦。雙向腦機介面就是大腦和計算機等外部設備能夠進行雙向信息交換。
其實腦機介面本身並非馬斯克首創,早在上世紀,腦機介面的研究就已經遍地開花了,我們中國也參與其中,「中國腦計劃」項目中就包含這樣的內容,是國家重點項目。
這個領域比較著名的是被稱為「科學瘋子」的美國神經學家菲利普·肯尼迪。他從上世紀80年代就開始了腦機結合的研究,並於1996年就對一位瀕臨死亡的漸凍症患者大腦植入電極,以後還有過多次對癱瘓患者、車禍患者的植入實驗,雖然取得一些進展,但沒有明顯成功。
(9)腦機介面擴展閱讀:
人的大腦和機器有很大的區別:
機器擅長於枯燥、循環的計算,而人腦擅長創造出一些本不存在的東西。當我們利用腦機介面把這二者結合的時候,我們就集結了兩者的優點。那時,我們將成為超越人類的存在。一些本來需要死記硬背的東西,我們只要看一眼就能永久記住了。
雖然我們的計算能力更強、速度更快,但這並不意味著更聰明,我們只處於「弱超級智能」的階段。
但是意識上傳之後,我們與別人的交流會更加緊密,知識的互相學習會使我們的智能增強。並且額外空間附加的信息處理模塊可以在質量上提高智能,讓我們一步步逼近「強超級智能」的階段。
最後,它還有一個最令人嚮往的好處,那就是永生。在意識上傳之後,我們就可以逃避自然的衰老定律了。雖然肉體會毀滅,但只要存在著介質,我們的意識就能永存。對於追求永生而煉丹的秦始皇來說,這個功能他應該最為羨慕了。