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脸书。下一个前沿:脑机接口

健康 89xy 1周前 (10-12) 9次浏览

Facebook的技术开发团队目前正在研究一种无需侵入性植入的用户用大脑打字的方法。仅仅用思想来更新你的状态也许有一天会成为现实。

脸书。下一个前沿:脑机接口

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脑机接口正在进入一个勇敢的新时代。

这家社交媒体公司的60多人的团队希望通过每秒扫描大脑数百次的光学成像来实现这一奇迹,检测我们无声的内部对话,并将它们翻译成屏幕上的文本。

他们希望这项技术最终能让用户以每分钟100个单词的速度打字——比用手机打字快五倍。

如果这项创新得以实现,它将吸引脸谱网的追随者。然而,对于不能充分使用四肢的人来说,将会有更深更深远的影响。

允许用户用大脑打字的脑机接口已经存在,但是它们要么速度慢,要么需要在大脑中植入传感器。这种手术费用高,风险大,不太可能被广大人群采用。

如果所谓的大脑类型可以在不需要侵入性植入的情况下得到完善,它将是一个真正的游戏规则改变者,拥有大量的应用程序。

BCIs,当时和现在

汉斯·伯杰发现大脑是电激活的,这是开发BCI的第一步。每当一个单独的神经细胞发出一条信息,它都会伴随着一个微小的电信号在神经元之间传递。

这种电信号可以通过脑电图在颅骨外获得。伯杰是第一个使用脑电图记录人类大脑活动的人,大约一个世纪前,即1924年,他完成了这一壮举。

“脑-机接口”一词是在20世纪70年代由加州大学洛杉矶分校的科学家撰写的论文中创造出来的。这项研究由雅克·维达尔领导,他现在被认为是BCI的祖父。

“这些可观察到的脑电信号能在人机通信中用作信息载体,或用于控制诸如假肢装置或宇宙飞船等外部设备吗?”

雅克·维达尔,“走向直接脑机通信”,1973年

当然,动物研究是研究脑供血不足的第一个切入点。20世纪60年代末和70年代初的研究证明,如果给猴子奖励,它们可以学会控制初级运动皮层中单个神经元或神经元组的放电速率。同样,使用操作性条件反射,狗可以被训练来控制海马体的节奏。

这些早期研究表明,大脑的电输出是可以测量和操纵的。在过去的二十年里,人们对商业信用机构的兴趣激增。还有很长的路要走,但已经取得了显著的成功。

在现代脑-机接口中,实验作物的精华是斯坦福大学最近设计的系统。两个阿司匹林大小的植入物被插入到一个人的大脑中,绘制出控制肌肉的运动皮层的活动图。然后,算法解释这一活动,并将其转换为屏幕上的光标移动。

在最近的一项研究中,一名参与者能够每分钟键入39个字符(大约8个单词)。“这项研究报告了最高的速度和准确性,是以前的三倍,”高级作者之一克里希纳·谢诺伊说。

侵入性、半侵入性和非侵入性

广义而言,现代商业机构分为三类。这些是:

  • 侵入性脑机接口:
    植入物直接放入大脑。软件被训练来解释受试者的大脑活动。例如,计算机光标可以由参与者的“左”、“右”、“上”和“下”的想法来控制经过足够的练习,用户可以在屏幕上画形状,控制电视,打开计算机程序。

  • 半侵入式脑机接口系统:
    这种装置植入颅骨内部,但不位于灰质内部。虽然比侵入性BCI术的侵入性小,但长时间留在颅骨下的植入物往往会在灰质中形成疤痕组织,最终阻塞信号,使其无法使用。

    无创BCIs
    :这些研究基于相同的原理,但不涉及外科植入,因此得到了最多的研究。

    在无创脑机接口中,最常见的是基于脑电图的脑机接口。这些从体外读取大脑的电活动。然而,因为头骨基本上分散了电信号,使它们准确是一个真正的挑战。除此之外,他们经常在每次使用前进行大量校准。尽管如此,近年来还是取得了一些重大进展。

    例如,一些研究人员最近研究了无创脑供血不足,作为帮助肌萎缩侧索硬化和脑干卒中患者的一种方法。这些病人可能会变得“封闭”,这意味着他们失去了所有随意肌肉的使用,因此,没有办法交流,尽管在认知上是“正常的”。

    他们的研究使他们得出结论,“使用BCI可能对患有闭锁综合征的人有益。”

    无创脑机接口是如何工作的?

    BCI技术的基础是检测大脑发出的电活动,然后将其转化为外部动作。但是,通过神经噪音的刺耳声,应该注意哪些信号?

    无创脑机接口使用多种信号类型,其中最流行的是P300事件相关电位。

    事件相关电位是大脑对特定刺激的可测量反应——具体来说,P300是在决策过程中产生的,通常是使用所谓的古怪范式通过实验得出的。

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    BCIs are based on converting brain activity into external action.

    在古怪的范例中,参与者被呈现一系列的符号,一个接一个地闪现在他们的眼前。

    他们被要求寻找一个在选择中很少出现的特定符号。当目标符号被参与者注意到时,它触发P300波。

    经过多次试验,可以将P300与其他电信号区分开来;最容易观察到来自顶叶的信号,顶叶是大脑的一部分,在某种程度上负责整合感觉信息。

    一旦一个算法被训练成识别一个人的P300,它就可以从那时起理解他们在寻找什么。例如,如果用户正在输入一个单词,并且他们希望以字母“a”开始,当该字母出现在屏幕上时,大脑将产生P300,软件将识别它,并且字母“a”在屏幕上被输入。

    P300s与其他类似方法相比,速度相对较快,需要的训练很少(几个小时而不是几天),对大多数用户有效。

    然而,仍有不足之处。因为系统需要获取用户对单个字符的反应,所以它必须先浏览一个列表,然后才能找到正确的列表。这意味着一个人打字的速度是有限度的。

    有一些方法可以最小化这种等待,但是花费的时间仍然比研究人员(和用户)希望的要长。

    Facebook如何实现每分钟100字?

    为了制造一个每分钟可以输入几十个单词的系统,这个过程需要一个新的步骤——事实上,一个全新的方法是必要的,这也是Facebook正在努力的方向。

    今日医学新闻
    与电子科技公司首席科学官、人工耳蜗的共同发明者迈克尔·梅泽尼奇博士进行了交谈。我们问Facebook的研究人员如何绕过这个速度问题,他回答说,“Facebook已经讨论了使用近红外成像技术。”有了这项技术,每个单词都会被一口气挑出来,而不是一个字母一个字母地拼出来。

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    There are challenges ahead for the social media giant.

    当然,这也有其自身的困难。梅泽尼奇博士补充道:

    “虽然很容易区分‘狮子’和‘老虎’并弄清楚,但要让无创大脑成像技术检测出大脑活动中的微小差异却相当困难,这些差异可能对应于类似类别中的微小差异。”

    “对大多数人来说,想到‘狮子’和‘老虎’这两个词,就会激活极其相似和重叠的大脑活动网络。”

    显然还有很多工作要做,但梅泽尼奇博士相信最终会实现。他补充道:

    “最大的希望是使用现代人工智能技术——深度学习技术——逐步学会将一个人的大脑活动模式识别为特定的意义。”

    “通过这种方式,我认为人们很可能会单独训练他们的大脑阅读系统,这些系统会单独适应他们,而不会立即转移到另一个人身上。事实上,使用这些系统的人可能会训练自己的大脑,以最佳方式向这些系统产生可读信号。这样,这些系统代表了大脑可塑性的另一种应用——大脑通过训练改变自身的能力。”

    这一切可能还有很长的路要走,但Facebook是有承诺的;他们正在将他们的研究力量与美国的许多大学结合起来。BCI的未来看起来很光明,如果他们达到每分钟100个单词,对于数百万无法轻松交流的人来说,这将是一个巨大的飞跃。


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