脑机接口新突破!瘫痪患者成功用“意念控制”双机械臂切割、喂食蛋糕

时间:2021-01-05 相关资料下载
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此前,马斯克的脑机接口公司 Neuralink 曾在猪脑中植入芯片并读取猪活动时的大脑信号波动,引发大家热议。



如今,来自约翰斯·霍普金斯大学医学院和该校应用物理实验室的研究人员把更强力的脑机接口技术用在了人身上。


他们让四肢瘫痪的残疾人能够用自己的“大脑意念”同时控制两支机械臂,拿起餐刀、餐叉切下一块蛋糕,然后把蛋糕送到自己的口中。


2019年,外科医生通过对四肢瘫痪的病人Chmielewski进行手术,将6个电极植入他的大脑,以改善他双手的感觉,使他能够通过大脑意念来操作他的假肢。


现在,手术后的JHM/APL联合研究已经进行了近两年,已经达到了一个重要的里程碑——他现在可以使用他的两个机器人附件来完成简单的任务。


类似的脑机接口研究,此前主要集中在一只机械臂上,也就是说只从大脑的一侧采集信号进行控制。而该脑机接口能够控制两个机械臂执行日常生活的基本活动,就是使用从大脑两侧通过植入的电极检测到的信号完成的,这是一项突破。


研究人员表示,“同时控制两个肢体的脑机接口是一个特殊的挑战,因为它不是左臂正在做的事情和右臂正在做的事情的简单的1 + 1求和,而更像是试图计算两臂的总和为1 + 1 = 3.8。”


◼ 开颅手术植入电极


从大方向上讲,脑机接口主要有两种:非侵式和植入式,该脑机接口属于植入式。研究者在他的大脑两侧植入 6 个电极阵列,一半布置在运动皮层,一半在感觉皮层,并能通过细电线将它们连接到一个复杂的计算机系统来完成脑信号的采集和计算。


这些电极阵列被设计用来读取运动信号和刺激感觉信号,可以绕过受损的脊髓神经影响,通过电线连接到机器手臂或其他效应器,如光标屏幕、虚拟效应器等,从而允许大脑的神经信号向其他设备发送信息。


◼ 学习训练控制假肢


刚接好的脑机接口系统,不能很快就可以进行双机械臂操作,做完手术后的受试者在随后的几个月内,开始通过 APL 开发的脑机界面,学习同时控制两个假肢的方法。


该技术使用的设备系统通过人工智能使部分机器人控制的自动化。研究者表示,"我们的目标是让机器人轻松地完成诸如吃饭之类的活动,让机器人负责一部分工作,让用户负责细节:要吃的食物,要切的地方,切好的块应该多大等等。"

通过将BCI和人工智能相结合,让用户可以专注于任务中最重要的部分,实现真正的“人机协作”。


在过去,只能在科幻电影中,我们才能看到“人机合一”;但现在,我们正在慢慢将其变成现实,科学家们却正在一步步向目标靠近。


脑机交互与智能硬件学术营,结合了美国密歇根大学和我国浙江大学脑机交互基础课程,让学员了解最新的脑机交互发展趋势,体会脑电波控制机器人、控制他人手臂运动等尖端领域的实验。

通过课程学习,让学员能够通过自己编程实 现脑神经信号(EEG)、心电信号(ECG)和肌电信号(EMG)的读取、过滤和处理,并进一步与控制器(如Arduino等)、执行器(如机械手等)结合起来,完成神经信号传感、肌肉运动识别、仿生假肢操纵等相关科学挑战任务。

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