罗睿心和队友同时发出的意念指令,被计算机同时接收,再按照效率优先的顺序指示机械臂完成书写 。整个书写过程用时3分钟,比单人速度提升了一倍 。
“人类活动中,有很多复杂精细的工作,是单人无法完成的,需要多人共同合作 。”韩锦说,这次是双人操控单个机械臂,未来可以实现多人、多个机械臂共同完成一些更繁重或更精细的任务 。比如宇航员在外太空脑控机械臂完成机械维修等 。
长期以来,脑控技术面临的一个关键问题,就是如何完成更多的任务,又能保持更高的速度 。“快”与“好”之间存在着天然的矛盾,天津大学医学工程与转化医学研究院副教授许敏鹏说,在以往的研究中,可完成的最大BCI(脑机接口)指令是84个,但单个指令的识别时间超过8秒;如果识别时间缩短到0.8秒,就仅能完成40个指令 。
天大团队将“意念打字”常见的两种脑电波范式——P300和SSVEP融合起来,两者在稳定性和速度上各具优势,一个精细分辨出微弱脑电特征,一个快速破译解码 。这一次,他们创下了头皮脑电BCI在线控制216个指令的世界纪录,在国际上实现BCI信息输出方式由“拼”到“写”、由单人到多人的重大变革 。被打破的旧的世界纪录是108个指令,2年前亦由他们创造 。
窥视“三磅宇宙”的小窗
此时,距离人类的老祖先发明石器已经过去两三百万年 。聪明的大脑帮助人类解锁更宽阔的世界,而大脑本身则一直是科学探索的秘境 。
科学家用浩瀚无垠的宇宙形容大脑的复杂,它也因此被称为“三磅宇宙”(3磅约等于1.36千克,接近成年人脑的重量) 。天津脑科学与类脑研究中心主任、天津大学科研院常务副院长明东表示,脑科学是人类认识自然的“最后的疆域 ” 。
仅3磅重的大脑,是宇宙中已知的最复杂的物体,神经工程师将其描述为“目前已知信息密度最大、结构化程度最高而且自我组织最完整的东西” 。它质地类似果冻,运行时功率仅为20瓦,启动一台性能同样强大的计算机需要2400万瓦 。
在某种意义上,你从镜子里看到的自己不过是那个3磅重“果冻”的一个载体 。在美国影片《黑客帝国》里,只要在脑后插管,人就可脱离身体直达大脑的虚拟世界;《攻壳机动队》的主人公素子实现了全身机械化义体,唯一保留的只有一颗人类大脑 。
不管形态如何,脑机接口(brain-computer interface, BCI)已成为人类窥视“三磅宇宙”的一扇窗 。
这样的设想来源于大脑运行的原理 。许敏鹏介绍,大脑由大概1000亿个神经元构成,这个数量与银河系的恒星数量大致相仿 。它们形成一个难以想象的巨大神经网络,是人产生思维活动的物质基础 。
当我们思考的时候,大脑神经元会同步放电,这些信号被称为脑电波 。脑电波中蕴藏人类思维活动的意识信息,脑中冒出不同的念头,脑电信号就会随之变化 。理论上,只要人能够清楚脑电波与思维活动的直接关系,就能够通过识别脑电波反推出人的想法 。
脑机接口正是通过研究脑电波来解读人类想法的技术 。许敏鹏解释,人脑中的想法目前是通过外周神经系统、肌肉组织或语言等方式表达出来,而脑机接口则绕过这些传统的路径,直接在大脑和计算机之间建立联系 。“再说直白一点,我们的脑子里想什么,通过脑机接口,计算机就能够直接读取出来 。”
打破人与机器的界限?
两个人集中全部注意力、花去3分钟写出一个汉字,显然还无法让人满意 。
上世纪60年代,美国航空航天局(NASA)的科学家首次提出“赛博格”(Cyborg)一词,即人与电子机械的统一体 。漫威电影中半人半机械的超能人、《机械战警》中的机械义肢都在彰显着一种欲望——人要打破与机器泾渭分明的界限 。
机器能弥补残障人士生理缺陷,成为其身体的一部分 。2014年,一位高位截瘫少年控制机械外骨骼为巴西世界杯赛开出第一脚球 。
那一年,天津大学的神经工程团队自主研发出“神工系列”人工康复机器人系统,并在多家医院投入临床使用,通过脑控技术帮助中风偏瘫患者恢复运动功能 。中风患者的身体不听使唤,但体内中枢神经系统原有储存的运动“流程图”可能保存完整或部分存在 。在传统的康复治疗中,大脑的参与程度低,难以实现坏损脑区及周围脑区的功能重建,是影响康复效果的重要因素之一 。
有一种疗法,是让患者在大脑中反复进行肢体运动想象,不断唤醒相关运动记忆,以激活大脑相关区域,提高运动功能 。但长期以来,这种方法缺乏客观评价指标,无法实时监测大脑活动状态,也难以及时进行效果反馈 。
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