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中国非侵入式脑机接口技术,怎样实现的“意念打字”?

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2023年5月,有个新闻可能很多朋友都关注到了,我们国家天津大学的科研人员研发出了一种高性能的脑机接口,叫“超大指令集高速率”非侵入式脑机接口系统,这也创造了目前非侵入式脑机接口最大指令集的世界纪录。

看了前面这个新闻,有的朋友就说,什么“超大指令集”、又是什么“非侵入”的,有什么用啊?其实说到脑机接口,很多朋友都知道,就是在人脑和外部设备之间建立直接的或间接的连接通路,让大脑和机器进行对话,说白了,就是把你大脑想什么分析出来,变成指令直接传递给机器了。当然,还有另一种输入式的脑机接口,是把外部的信息输入进大脑。

不管是输入的还是输出的,从形式上都分为侵入式的和非侵入式的。侵入式的好理解,简单说就是先在大脑里面植入一个电极,咱们看很多科幻电影里面也有类似的,植入电极之后,这些电极能采集大脑的神经电信号,然后通过分析这些信号就大概知道你在想什么了,然后再把你想的这些进行编码、传输,变成指令传给机器。

另一种是非侵入式的,是不用植入进去,在脑袋外面采集信号,比如采集头皮脑电,然后对这些进行分析,分析出来你想的是什么。咱们网上也有卖的那种脑电控制的玩具小车,就是用思想去控制它前进还是后退。不过你可能会发现并不是你一想前进车就前进、你一想后退车就后退,可能是你想某个特定的东西车就前进,比如你一想“茄子”车就前进,一想土豆车就后退。那想个地三鲜是不是原地打转啊?这个得试试才知道。

当然,这是玩具,比较粗糙。不过道理是这个道理,从脑袋外面采集你的大脑活动的信息。但是这种非侵入式的脑机接口有它相对不足的地方,就是想要信息量比较大、信息比较精确,会比较难,信息的传递受到一定的束缚。毕竟跟侵入式的相比,人家是直接从大脑里采集神经的电信号,这个比较直接,非侵入式在外面,不那么直接,离着也有点远。所以人们也在不断想办法对脑电信号进行更准确的识别,提高单位时间能够提取和传递的信息量,因为单位时间信息量要是太少,我就很难随时分析出你在想什么,你想个土豆我以为你要前进呢。

这次天津大学这个科研成果,就是用超大指令集,传输更复杂精细的指令,单位时间传递的信息更多,当然这个背后也是对脑电信号的精确识别和区分,说白了,让非侵入式的脑机接口更好用。

图片来自图虫网

这个其实特别有意义,因为我们说侵入式的要放在脑子里,毕竟有一定的风险,除非是迫不得已,你说我为了玩个遥控车,在脑子里植入一个电极?没人这么玩的。但非侵入式的就不一样了,我就戴上个东西就行,用可穿戴设备。这就大大扩展了脑机接口的应用范围了。就像我们说虚拟现实技术VR,让我们感觉玩游戏体验很好,很真实,身临其境。但是之所以大家愿意玩愿意用,是因为只需要戴个头盔眼镜,你要是玩VR游戏得把脑袋凿个洞,那你体验再好、再身临其境也没啥人玩。所以非侵入式的脑机接口,是更容易贴近我们生活的。

那他们这个团队还用这个技术展示了一下“意念打字”。所谓“意念打字”其实也是一直有很多人进行研究,就是你不用手打,用脑袋想,字就打出来了。有的是想象打字的过程,有的是用闪烁的虚拟键盘,比如像马斯克搞的newlink就是,但他那个是侵入式的。还有的意念打字是通过想象写字的过程来识别你想的是什么字母,2021年的时候就有人在Nature上发了文章,通过在脑子里想象写字母的过程,识别出来之后显示,准确率说是能有99%,这个就能让一些瘫痪的患者通过想就能写东西,而且输入速度也还很快。但他这个也是侵入式的,需要植入电极。那如果非侵入式的意念打字就很厉害了,我们现在很多人都用语音输入,将来可能就用思想输入,一想就输进去了。但是要实现这些,其实还是有很多技术要突破。

其实现在天津大学这个团队已经构建了从芯片、电极、算法到系统的国产全链条非植入式脑机信息交互技术体系,脑电识别精度、控制指令数量和信息传输率三项核心指标达到国际最高水平。那中国科学家创造的这一纪录,也说明了我们现在的科研实力越来越强了。相信在未来,随着技术的发展。非侵入式的脑机接口会逐渐进入我们的生活,中国的科学家在这里面也会做出更多的贡献。

本文为科普中国·星空计划扶持作品

作者:张宇识

审核:叶盛(北京航空航天大学教授)

出品:中国科协科普部

监制:中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

内容资源由项目单位提供

评论
演绎无限精彩
大学士级
心随所想,随心所动。科幻电影中通过意念控制的情节,中国科学家正在通过新一代非侵入式脑机接口技术,将梦想照进现实。
2023-07-28
新疆维吾尔自治区阿勒泰地区青河县科学技术协会
举人级
学科学,讲科学
2023-07-28
吴飞银
太师级
天津大学团队构建的国产全链条非植入式脑机信息交互技术体系,其中脑电识别精度、控制指令数量和信息传输率三项核心指标达到国际最高水平,令国人振奋。 这说明了中国科学家在这方面已有超强全世界的科研实力。 相信随着技术的发展,不久的将来,非侵入式的脑机接口会逐渐进入人们的生活。
2023-07-28