1. 脑机接口技术的介绍
脑-机接口是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立的直接的交流和控制通道 ,通过这种通道 ,人就可以直接通过脑来表达想法或操纵设备 ,而不需要语言或动作 ,这可以有效增强身体严重残疾1的患者与外界交流或控制外部环境的能力 ,以提高患者的生活质量。脑-机接口技术是一种涉及神经科学2、信号检测、信号处理3、模式识别等多学科的交叉技术。
2. 脑机接口是什么意思
脑机接口(brain-computer interface,BCI),指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接,实现脑与设备的信息交换。这一概念其实早已有之,但直到上世纪九十年代以后,才开始有阶段性成果出现。
2008年,匹兹堡大学神经生物学家宣称利用脑机接口,猴子能用操纵机械臂给自己喂食。2020年8月29日,埃隆·马斯克自己旗下的脑机接口公司找来“三只小猪”向全世界展示了可实际运作的脑机接口芯片和自动植入手术设备。
(2)脑机接口扩展阅读:
相关伦理问题
关于脑机接口的伦理学争论尚不活跃,动物保护组织也对这方面的研究关注也不多。这主要是因为脑际接口研究的目标是克服多种残疾,也因为脑机接口通常给予病人控制外部世界的能力,而不是被动接受外部世界的控制。(当然视觉假体、人工耳蜗等感觉修复技术是例外。)
有人预见,未来当脑际接口技术发展到一定程度后,将不但能修复残疾人的受损功能,也能增强正常人的功能。例如深部脑刺激(DBS)技术和RTMS等技术可以用来治疗抑郁症和帕金森氏病,将来也可能可以用来改变正常人的一些脑功能和个性。
又例如,上文提及的海马体神经芯片将来可能可以用来增强正常人的记忆。这可能将带来一系列关于“何为人类”、“心灵控制”的问题争论。
3. 什么是脑机接口脑机接口的工作方式是怎样的
什么是脑机接口?脑机接口的工作方式是怎样的?
最简单的脑机接口,或者是我们非常乐意使用的脑机接口,就是人手。我们早就能用手组建绝大部分机器输入信息,现在我们用语音也能向输入机器少量信息。但人手和语音都有局限。文字,不论是说出来的还是键盘打出来的,都只是我们真实意图的代表,而在虚拟实体空间移动鼠标的行为是使用者和软件之间更加抽象的信息输入。将我们的思维转换成电脑指令,然后将电脑指令输入电脑,这一过程不仅耗时,也让人不能将注意力集中在手头的工作上。
如果有一种更加直接的脑机接口,它通过金属电线和半导体传输信息,而不是通过人体的神经和肌肉,从而扩大了信息瓶颈,会发生怎样的变化?好吧,真是这样的话,我们有了一种制造未来药品的伟大方法,也极有可能是制造未来个人电脑的方法。
人脑和机器之间有两种基本互动形式:信息输入和信息输出。信息输入一般形式为一种加强或人工感应器官将信号直接输给神经系统,如人工耳蜗或人工眼球。信息输出包括读取神经系统的信号和将其输送给电脑系统,例如仿生手臂或纯粹靠思维控制鼠标。最先进的设备具备信号输入和输出的两种功能,例如传感仿生假肢。
对人脑读取或创建神经信号的区域和神经系统创建神经信号并将神经信号自然地发送至大脑的区域进行区分,具有重要意义。这两种信息传输方式各有优缺点。
为了弄清楚上述二者的不同,我们来看看意识控制的假肢手臂。早期放生控制假肢几乎全部是以外科手术方式将电极植入人脑表层,通过这些电极来读取和记录大脑活动。通过记录全部与大脑意念相关的活动(“想象将鼠标上移后左移。”),科学家就能让电脑识别人类各种愿望并执行相应指令。在任何特定时间段,电脑指令关注的只是人类神经持续大规模活动的一个微小片段,因此对于神经控制技术而言,这极具挑战性。
这种计算机识别过程基本是尝试着将比轮子还古老得多的东西进行彻底改造。经过自然选择,生物进化造就了各种神经结构,他们能自然地筛选复杂无序的大脑指令和产生相对简单的指令并由运动神经发送;相反地,我们人类也有着能将我们感官器官产生的信号转变成我们精细的主观感觉的神经结构。
让一台电脑重新学习人脑筛选信息过程,最后我们会发现这不是最有效的方法。我们经常让自己的身体为我们做最困难的工作,让实时神经控制变得更简单和更精准。
在神经修复学,有一个被称为目标肌肉神经移植的概念。在某些情况下,目标肌肉神经移植能让科学家保留截肢区域的受损肌肉的片段,并利用这些肌肉片段保持其他无用神经存活。在被截肢者身上,这些神经不能向任何器官发送信号,如果保持这些神经存活,就能持续地接收幻肢传来的信号。这些幻肢信号,如同前文描述那样,只是来自神经持续大规模活动的一个片段,很精细地从手臂的运动神经分离出来,幻肢信号能很容易地被识别。由于假肢使用者能使用原有的神经网络发出运动信号,如同他们截肢前那样,使用者和假肢的互动会变得很自然,用不着去研究毫无意义的学习曲线。
与大脑的互动不通过大脑本身而通过神经系统某处一个触点,对于输入技术而言,这个概念行之有效。绝大部分视觉人造器官向视觉神经发送信号,这些人工信号进入大脑的方式与正常的眼睛一样。这种信号传输方式避免了刺激大脑特点神经细胞可靠性低的问题,并且还能利用大脑自身信号传递程序来达到目的。
当然,这种使用自身神经系统来为我们造福的方法也有其局限性,受制于神经系统本身固有功能的限制。利用事先分离的肌肉信号来控制替代肌肉的假肢,可能比较容易和有效,但我们大脑内没有内置鼠标控制细胞,至少现在情况如此。最终,如果我们要实现大脑的复杂想法或完全实现精确控制动作,我们就必须追根朔源。
直接大脑读取和控制已经取得了难以置信的进步,从机器先进的可注射神经网络到基因诱导光基因方法,都能强制神经细胞对光刺激作出反应。在头戴设备设计方面,解决方法的侵袭性要么变得更高,要么变得更低,侵袭性变高的是高保真方法,但最终没有拿出实用的设计,另一种为低保真方法,但已有实用设计出现。满是电极的无沿帽可能看起来很酷,但在不久的将来,我们就会带上它。
从长远来看,还不知道我们到底会采用哪种方式。我们会最终会因为采用纯软件附肢,皮质运动区而变得更大?还是依赖电脑来实现我们的想法?如果你在商场发现了一件你朋友可能喜欢的毛衣,你手指触摸毛衣的感觉会不会被你简单地远距传送给朋友?这种替代生活会在本质上低于亲自触摸毛衣的生活吗?
4. 脑机接口的介绍
脑机接口(brain-computer interface,BCI),有时也称作“大脑端口”direct neural interface或者“脑机融合感知1”brain-machine interface,它是在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与外部设备间建立的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下,计算机或者接受脑传来的命令,或者发送信号到脑(例如视频重建),但不能同时发送和接收信号。而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。
5. 脑机接口去哪学您的回答对我非常重要,谢谢!
UCL,是这类专业的全球排名前3的学校。
6. 脑机接口是哪个专业
个人推荐神经科学方面的,仅供参考,最好出国
7. 脑机接口的早期工作
在面向运动功能的脑机接口方面,发展算法重建运动皮层神经元对运动的控制,该研究可以回溯到20世纪70年代。Schmidt, Fetz和Baker领导的小组在20世纪70年代证实了猴可以在闭环的操作性条件作用(closed-loop operant conditioning)后快速学会自由地控制初级运动皮层中单个神经元的放电频率。20世纪80年代,约翰斯·霍普金斯大学的Apostolos Georgopuolos找到了猕猴的上肢运动的方向和运动皮层中单个神经元放电模式的关系。他同时也发现,一组分散的神经元也能够编码肢体运动。
上世纪九十年代中期以来,面向运动的脑机接口经历了迅速的发展。若干研究小组已经能够使用神经集群记录技术实时捕捉运动皮层中的复杂神经信号,并用来控制外部设备。其中主要包括了Richard Andersen、John Donoghue、Phillip Kennedy、Miguel Nicolelis和Andrew Schwartz等人的研究小组。 迄今人类已经能够修复或者正在尝试修复的感觉功能包括听觉、视觉和前庭感觉。
人工耳蜗是迄今位置最成功、临床应用最普及的脑机接口。
视觉修复技术尚在研发之中。这方面的研究和应用落后于听觉同能的主要原因是视觉传递信息量的巨大和外周感觉器官(视网膜)和中枢视觉系统在功能上的相对复杂性。具体参见视觉假体。
美国约翰·霍普金斯大学的Della Santina及其同事开发出一种可以修复三维前庭感觉的前庭植入物。
8. 脑机接口的接口研究
侵入式脑机接口主要用于重建特殊感觉(例如视觉)以及瘫痪病人的运动功能。此类脑机接口通常直接植入到大脑的灰质,因而所获取的神经信号的质量比较高。但其缺点是容易引发免疫反应和愈伤组织(疤),进而导致信号质量的衰退甚至消失。
视觉脑机接口方面的一位先驱是William Dobelle。他的皮层视觉脑机接口主要用于后天失明的病人。1978年,Dobelle在一位男性盲人Jerry的视觉皮层植入了68个电极的阵列,并成功制造了光幻视(Phosphene)。该脑机接口系统包括一个采集视频的摄像机,信号处理装置和受驱动的皮层刺激电极。植入后,病人可以在有限的视野内看到灰度调制的低分辨率、低刷新率点阵图像。该视觉假体系统是便携式的,且病人可以在不受医师和技师帮助的条件下独立使用。
2002年,Jens Naumann成为了接受Dobelle的第二代皮层视觉假体植入的16位病人中的第一位。第二代皮层视觉假体的特点是能将光幻视更好地映射到视野,创建更稳定均一的视觉。其光幻视点阵覆盖的视野更大。接受植入后不久,Jens就可以自己在研究中心附近慢速驾车漫游。
针对“运动神经假体”的脑际接口方面,Emory大学的Philip Kennedy和Roy Bakay最先在人植入了可获取足够高质量的神经信号来模拟运动的侵入性脑际接口。他们的病人Johnny Ray患有脑干中风导致的锁闭综合症。Ray在1998年接受了植入,并且存活了足够长的时间来学会用该脑机接口来控制电脑光标。
2005年,Cyberkinetics公司获得美国FDA批准,在九位病人进行了第一期的运动皮层脑机接口临床试验。四肢瘫痪的Matt Nagle成为了第一位用侵入式脑机接口来控制机械臂的病人,他能够通过运动意图来完成机械臂控制、电脑光标控制等任务。其植入物位于前中回的运动皮层对应手臂和手部的区域。该植入称为BrainGate,是包含96个电极的阵列。
部分侵入式脑机接口一般植入到颅腔内,但是位于灰质外。其空间分辨率不如侵入式脑机接口,但是优于非侵入式。其另一优点是引发免疫反应和愈伤组织的几率较小。
皮质脑电图(ECoG:ElectroCorticoGraphy)的技术基础和脑电图的相似,但是其电极直接植入到大脑皮层上,硬脑膜下的区域。华盛顿大学(圣路易斯)的Eric Leuthardt和Daniel Moran是最早在人体试验皮层脑电图的研究者。根据一则报道,他们的基于皮层脑电图的脑际接口能够让一位少年男性病人玩电子游戏。同时该研究也发现,用基于皮层脑电图的脑机接口来实现多于一维的运动控制是比较困难的。
基于“光反应成像”的脑机接口尚处在理论阶段。其概念是在颅腔内植入可测量单神经元兴奋状态的微型传感器,以及受其驱动的微型激光源。可用该激光源的波长或时间模式的变化来编码神经元的状态,并将信号发送到颅腔外。该概念的优点是可在感染、免疫反应和愈伤反应的几率较小的条件下长时间监视单个神经元的兴奋状态。 作为有潜力的非侵入式脑机接口已得到深入研究,这主要是因为该技术良好的时间分辨率、易用性、便携性和相对低廉的价格。但该技术的一个问题是它对噪声的敏感,另一个使用EEG作为脑机接口的现实障碍是使用者在工作之前要进行大量的训练。这方面研究的一个典型例子是德国图宾根大学的Niels Birbaurmer于1990年代进行的项目。该项目利用瘫痪病人的脑电图信号使其能够控制电脑光标。经过训练,十位瘫痪病人能够成功地用脑电图控制光标。但是光标控制的效率较低,在屏幕上写100个字符需要1个小时,且训练过程常耗时几个月。在Birbaumer的后续研究中,多个脑电图成分可被同时测量,包括μ波和β波。病人可以自主选择对其最易用的成分进行对外部的控制。
与上述这种需要训练的EEG脑机接口不同,一种基于脑电P300信号的脑机接口不需要训练,因为P300信号是人看到熟识的物体是非自主地产生的。美国罗切斯特大学的Jessica Bayliss的2000年的一项研究显示,受试者可以通过P300信号来控制虚拟现实场景中的一些物体,例如开关灯或者操纵虚拟轿车等。
1999年,美国凯斯西留地大学由Hunter Peckham领导的研究组用64导脑电图恢复了四肢瘫痪病人Jim Jatich的一定的手部运动功能。该技术分析脑电信号中的β波,来分类病人所想的向上和向下两个概念,进而控制一个外部开关。除此以外,该技术还可以使病人控制电脑光标以及驱动其手部的神经控制器,来一定程度上回复运动功能。
应用人工神经网络,计算机可以分担病人的学习负担。Fraunhofer学会2004年用这一技术显著降低了脑机接口训练学习所需的时间。
Eardo Miranda的一系列试验旨在提取和音乐相关的脑电信号,使得残疾病人可以通过思考音乐来和外部交流,这种概念称为“脑声机”(encephalophone)。 John Donoghue及其同事创立了Cybernetics公司,宗旨是推动实用的人类脑机接口技术的发展。该公司目以Cybernetics神经技术公司为名在美国股市上市。BrainGate是该公司生产的电极阵列,该产品基于美国犹他大学的Richard Normann研发的“犹他”电极阵列。
Philip Kennedy创立了Neural Signals公司。该公司生产的脑机接口设备使用玻璃锥内含的蛋白质包裹的微电极阵列,旨在促进电极和神经元之间的耦合。该公司除了生产侵入式脑际接口产品,还销售一种可回复言语功能的植入设备。
2004年为止,William Dobelle创建的公司已经在16位失明病人内植入了初级视皮层视觉假体。该公司仍在继续研发视觉植入物,但这类产品至今没有获得FDA的批准,因而不能在美国境内使用于人类。
9. 马斯克脑机接口是真的吗
是真的
脑机接口又叫大脑端口或脑机融合感知。这是一项将人或动物大脑与外部设备建立连接通路的现代科学技术。这种接口有单向和双向之分,单向脑机接口计算机只接受大脑传来的命令,或者计算机发送信号到大脑。双向脑机接口就是大脑和计算机等外部设备能够进行双向信息交换。
其实脑机接口本身并非马斯克首创,早在上世纪,脑机接口的研究就已经遍地开花了,我们中国也参与其中,“中国脑计划”项目中就包含这样的内容,是国家重点项目。
这个领域比较著名的是被称为“科学疯子”的美国神经学家菲利普·肯尼迪。他从上世纪80年代就开始了脑机结合的研究,并于1996年就对一位濒临死亡的渐冻症患者大脑植入电极,以后还有过多次对瘫痪患者、车祸患者的植入实验,虽然取得一些进展,但没有明显成功。
(9)脑机接口扩展阅读:
人的大脑和机器有很大的区别:
机器擅长于枯燥、循环的计算,而人脑擅长创造出一些本不存在的东西。当我们利用脑机接口把这二者结合的时候,我们就集结了两者的优点。那时,我们将成为超越人类的存在。一些本来需要死记硬背的东西,我们只要看一眼就能永久记住了。
虽然我们的计算能力更强、速度更快,但这并不意味着更聪明,我们只处于“弱超级智能”的阶段。
但是意识上传之后,我们与别人的交流会更加紧密,知识的互相学习会使我们的智能增强。并且额外空间附加的信息处理模块可以在质量上提高智能,让我们一步步逼近“强超级智能”的阶段。
最后,它还有一个最令人向往的好处,那就是永生。在意识上传之后,我们就可以逃避自然的衰老定律了。虽然肉体会毁灭,但只要存在着介质,我们的意识就能永存。对于追求永生而炼丹的秦始皇来说,这个功能他应该最为羡慕了。