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来自卡内基梅隆（lóng）大学（xué）与（yǔ）明尼苏达大学的研究人员日前利（lì）用无创（chuàng）的脑机接口（BCI）技术，成功（gōng）开发出第一款由大脑控制的机（jī）器人（rén）手臂，具有连续跟踪（zōng）计算机光标的能（néng）力。该成果发（fā）表（biǎo）在 Science Robotics上。
仅依靠大脑（nǎo）意（yì）识实（shí）现无创控制（zhì）机器人装（zhuāng）置，将具有巨大的应用潜力（lì），尤其是将改变（biàn）瘫痪患者和运动障碍患者的生活（huó）。
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图 | 无创（chuàng）脑机接（jiē）口（来源（yuán）：Science Robotics）
无创脑机（jī）接口是最终目标
在科幻作品（pǐn）中，意（yì）念控制的实现可以顺手拈来、轻而（ér）易（yì）举。而在现实世界中，其（qí）背后支持性的技术（shù）——脑机接（jiē）口技术也已有近百年（nián）的历史。
一直（zhí）以来（lái），科学家们（men）希望能（néng）够在脑机接口领域实现科学（xué）研究与应用技术的突破，为许（xǔ）多当前仍无法（fǎ）解答的难题提（tí）供更好的（de）探索工具，帮助人（rén）类进一步了解自己的大脑，预防、诊（zhěn）断（duàn）、治疗脑部疾病（bìng），并将（jiāng）这一技术（shù）广（guǎng）泛应用（yòng）于（yú）睡眠管（guǎn）理、智能生活和残疾人康（kāng）复等领域。
如今，脑机接口技术已（yǐ）经被证明（míng）能够很好地（dì）利（lì）用大脑（nǎo）植入物的信号来控制机器人设备（bèi）。当机（jī）器（qì）人（rén）设备（bèi）可以被高精度控制时，它们可以用来完成各种（zhǒng）日常任务。
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（来源：Carnegie Mellon University）
然而，到目前为止，那些脑机接（jiē）口成功地控制机械（xiè）手臂的研究，都（dōu）使用（yòng）了侵（qīn）入性的大脑植入物。这些植入（rù）物（wù）需要大量的（de）医学和外科专业知（zhī）识才能正确安装和操作，更（gèng）不用说成本和对受试者的潜在风险。因此，它们的应用仅限于少（shǎo）数临床病（bìng）例。
另一方（fāng）面，使用非侵入（rù）性外部传（chuán）感还存在诸多问题，如脑机接口设备（bèi）接（jiē）收的（de）信号“更杂（zá）”，导（dǎo）致信（xìn）号（hào）分辨率较低和更不精确的控制。开（kāi）发侵入性较小甚（shèn）至完全（quán）无创的脑机接口技（jì）术（shù），使瘫痪患（huàn）者（zhě）能够利用自己的“思（sī）想”控制机（jī）器人肢体，是脑机接口（kǒu）领域的一大挑战。这种非侵入性脑机接口技术（shù）如（rú）果成功，将会给许多患者甚至普通人带来巨（jù）大的（de）改变。
卡内基梅（méi）隆大学生物医学工程系主任贺斌表示，使用脑部植入物的大脑控制（zhì）机器人设备已经取得了重大（dà）进展，这是一门出（chū）色的科学。但非侵入性是最（zuì）终目标，神（shén）经解码的进步（bù）和无创机器人手臂（bì）控制的实用（yòng）性（xìng）将对（duì）非侵入性神经机器人的最终发展产生重（chóng）大影响（xiǎng）。
无创大脑控（kòng）制机器（qì）人手臂
在最（zuì）新发表的这（zhè）篇论文中，贺斌和同事在开（kāi）发低侵入性或非侵入性的脑机接口技术（shù）方向（xiàng）取得突破性进展。他们（men）利用新（xīn）颖的传感和机器（qì）学习技术，通过无创神经成像和一种（zhǒng）新的（de）连续追踪范式，克（kè）服了（le）嘈杂的脑电图信号，显著改善基（jī）于脑电图的神经解码（mǎ），从而（ér）实现实时连续的机（jī）器人设备（bèi）控（kòng）制（zhì）。
利用非侵入性（xìng）脑机接口技术（shù），研（yán）究人员首（shǒu）次在人类受试者身上，成功实现控（kòng）制机器（qì）人手臂连续跟踪计算机屏（píng）幕（mù）上的光标（biāo）。在（zài）这之前，由人类非侵入性（xìng）控（kòng）制的机械手臂会（huì）跟随移动（dòng）的光（guāng）标做出不（bú）稳（wěn）定、不（bú）连续（xù）的动（dòng）作，而现在，手臂会沿着平滑、连续（xù）的路径跟随光标（biāo）。
研究团队还建立了一（yī）个新的框（kuàng）架，通过增加用户参与和（hé）训练以及（jí）脑电信号源成像无创（chuàng）神经数据的空间分辨率，解决（jué）和改进脑（nǎo）机接口的“大脑”和“计（jì）算机”组件。研究结果表明（míng），该团（tuán）队（duì）解决这一问（wèn）题的独特（tè）方（fāng）法（fǎ）不仅将 BCI 学习提高近 60%，还将计算机光标的连续跟踪能力（lì）提高了（le） 500% 以上。
这（zhè）项技（jì）术（shù）还可以通过（guò）提供安全（quán）的、非（fēi）侵入性的“意识控制”设备来（lái）帮助各种各样的人，这些设（shè）备可以让人们与环境互动并控制他们的环境（jìng）。
到目前为止（zhǐ），这项技术已经在 68 名身体健全的人类（lèi）受试（shì）者（zhě）中进行了测试（shì）(每个受试者（zhě）最多进（jìn）行 10 次（cì）测试)，包括虚拟设备控制和用于持续追踪的（de）机械（xiè）手控制。接下来，研究小（xiǎo）组还计（jì）划在患者身上进行相（xiàng）关的临床试（shì）验。
“尽管使用（yòng）非侵（qīn）入性信号存在技（jì）术挑战，但（dàn）我们完全致力于将这种安全和经济的技术（shù）带（dài）给可以从中（zhōng）受益的（de）人，”贺斌说。“这项（xiàng）工（gōng）作（zuò）代表（biǎo）了（le）无（wú）创脑机接（jiē）口（kǒu）的（de）重要一步，这项（xiàng）技术有朝（cháo）一日可能成为帮助每个人（rén）的普遍辅助技术。”
