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热点|双边植入,脑机接口!瘫痪人士用「意念」操控双机械臂吃蛋糕

编辑:奥松机器人科技股份有限公司2021-01-19 浏览次数:17

如果有一天,我们只要在大脑上插一根电缆,就能像U盘一样把知识传输进大脑;或者只需要一个意念就能改变现实。

听起来是不是很像科幻电影?在科幻电影中,“人机合一”是一种向往,而现实中的科学家们,正在一步步地向其靠近。

最近,约翰斯·霍普金斯大学医学院(JHM)和应用物理实验室(APL)公开了一种将人工智能,这是一项将机器人技术和脑机接口融合在一起的研究,他们将脑机接口技术应用在一位四肢瘫痪的人身上,让他能够用自己的“大脑意念”同时控制两支机械臂,在无需他人的帮助下吃下蛋糕。

还记得今年7月的时候,马斯克的脑机接口公司Neuralink做的三只小猪实验吗?他们在猪脑中植入芯片,可以读取猪活动时的大脑信号波动。马斯克当时在发布会上难掩激动,毕竟多年以来,马斯克的实验从老鼠,到猴子,再到猪,一步一步想要接近“入侵人脑”的梦想。

不过这一次,约翰斯·霍普金斯大学的研究人员已经先行一步。

世界首个双边植入脑机接口实验

智能软件将四肢瘫痪的人的餐具放在正确的位置,然后检测他大脑两侧的信号并开始切割食物,完成后,将食物带到嘴附近,他再次使用大脑信号将食物放到离嘴最近的位置,一口吃下去。

我们看到的过程可以用简单几句话来描述,但却具有划时代的意义,这是一次前所未有的进展,是世界上第一个双边植入脑机接口实验。

约翰斯·霍普金斯大学医学院的康复医学研究小组成员Pablo Celnik博士表示:“类似的脑机接口研究,此前大部分集中控制一只机械臂上,只从大脑的一侧采集信号进行控制。”“同时控制两个机械臂的脑机接口系统是一个特别的挑战,因为它并不是简单的 1+1=2 的过程,更像是试图计算从大脑信号输出,到双臂操作流程的综合信息,这意味着脑机接口可以实现更复杂的任务控制。”

瘫痪受试者的自述“10小时开颅手术,植入6个电极”

四肢瘫痪的残障人士有多难,我们无法体会。

这位四肢瘫痪的人叫罗伯特·克米勒维斯基,十几岁的时候他酷爱冲浪,然而一次冒险中发生了事故,成为了脊髓损伤者的一员。此后的30多年来,他一直无法像正常人一样生活,几乎感觉不到自己的手和四肢。

但这次,他能够利用意念控制机械臂拿起餐刀、餐叉切下一块蛋糕,然后把蛋糕送到自己的口中。在对罗伯特的采访视频中他表示:“这种感觉简直太棒了,非常有成就感,我希望还能用它做更多的事情”。

一切要从2019年说起,49岁的罗伯特在做了很久的心理建设后,同意与约翰·霍普金斯大学一起参与一项名字叫做“革命性假肢(RP)”的研究项目,并接受了10个小时的开颅手术,神经外科团队将6个微电极阵列植入到他的大脑两侧,这些电极可以在大脑中保持多达五年,而对脑部或皮肤形成疤痕的风险最小。但是,像任何手术一样,存在感染或出血的风险。

现在,手术后的研究已经进行了近两年,达到了一个重要的里程碑——他可以使用两个机械臂来完成简单的任务,生活的奇迹终于发生了。

人机合一,不仅能读取传输大脑信号,还能模拟感官

“人机合一”的实现,关键在于植入罗伯特大脑中的那6个微电极阵列,它们跟蚂蚁差不多大,一半布置在运动皮层,一半在感觉皮层。

这些微电极阵列用于读取运动信号并刺激感觉信号,从而绕过患者受损的脊髓。微电极阵列可以通过电线连接到机械臂或其他设备,允许来自大脑的神经信号向这些设备传递信号,反之亦然。

研究小组还开发了一种神经信号解码器,一种可以读取神经信号并将其转化为运动的设备。这允许计算机读取来自人类大脑运动皮层的信号,这些信号传达了他们想要做什么,然后计算机解码这些信号并将其发送到机械臂,从而使人可以控制其运动,就像机械臂是他自己的手臂一样。

你以为到这就结束了?不,到目前为止控制机械臂只能解决一半的问题。如果没有感觉,参与者控制的实际上是两条麻木的手臂。打个比方,当你感觉不到自己的手,你怎么知道手放在那里,又怎么使用合适的力来捡起杯子?

植入到感觉皮层的那几个微电极阵列解决了这个问题,它能够让瘫痪的人感觉到“触摸”,达到模拟感官的效果,这意味参与者在控制机械臂操纵物体时,能够感觉到触摸,并精确定位机械臂的位置。

未来世界

罗伯特和约翰·霍普金斯大学的研究人员正在尝试仅使用神经信号同时控制两件事,例如同时控制轮椅和机械臂。

此外,关于对脑机接口的设想,约翰·霍普金斯大学的研究小组不仅仅停留在意念控制机械臂上。他们设想,未来可以使用神经信号来控制计算机的鼠标,或者直接用意念控制智能家居。

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