文档介绍：脑机接口技术的最新研究
The latest research of puter interface technology
晋晓飞
什么是脑机接口技术?
脑机接口(puter Interface 或Brain-Machine Interface ) 是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立的直接的交流和控制通道,通过这种通道,人就可以直接通过脑来表达想法或操纵设备,而不需要语言或动作, 实现了大脑和外部世界的直接连接,如控制计算机、辅助技术、机器人、人工假肢甚至被试者自身的肌肉。这可以有效增强身体严重残疾的患者与外界交流或控制外部环境的能力,以提高患者的生活质量。
脑机接口的简单系统框图
Brain
Muscles
Action
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脑机接口技术的一些最新研究成果
一、BrainGate项目
由美国布朗大学脑科学研究院的John P. Donoghue团队提出,通过输出型神经接口,即从大脑中读取神经信号,在大脑与外部世界间重新建立一个连接即通过重建上肢和手的运动实现对外部设备(机器或肢体)的控制。
系统构成
该系统包括了植入到大脑初级运动皮层区控制手的部位的一个包含100个通道的Uath电极(4mm × 4mm),电极通过电缆连接到头骨的基座上(一欧元硬币大小),用一整套放大器和记录设备记录到96通道的神经信号。这些神经信号包括电位信号和Spike(锋电位)信号,利用信号处理器对以上神经信号进行解码,转换为控制命令。
BrainGate实验中的关键问题
1、植入式电极的安全性:在植入过程中由于血管被穿破导致出血,可能引起进一步的感染。其他原因还包括植入引起的神经元损伤和死亡,以及大脑的重组。
2、植入式电极的功效:实验中所采用的电极阵列Uath Array,被放置在皮层的表面,是最容易导致电极失效的因素,任何引起脑内血管出血的因素都可能导致信号的消失。
下一代BrainGate发展
下一代BrainGate系统,外部仅需一个类似iPhone大小的神经信号处理器,内部则采用完全植入式的记录电极,在头骨外有一些电子系统,通过无线传输(Wireless implant)的方式经过皮肤将神经信号传输出来,在外部处理器(External Processor)中对信号进行处理分析。
该团队里的Arto Nurmiko已经研发出了第一代的原型——布朗植入芯片,可利用光学方式将神经信号传出皮肤。神经芯片的三个主要部分:传感器、传输线缆和无线电子设备,都埋在头骨的顶端。
puting Arm Movements with a Monkey Brain
Arjun Ramakrishnan, Peter J. Ifft, Miguel Pais-Vieira, Yoon Woo Byun,Katie Z. Zhuang, Mikhail ,Miguel to Brain Interface(BtBI),BtBI允许动物的大脑
交流分享一些视觉和运动神经信息来共同实现一个行为目标。BtBI是一种混合计算系统,它包括了灵长类(主演是猴子)的大脑等生物成分同时也包括BMI系统等数字部分。
脑机接口技术的一些最新设想
BtBI实验的原理图
猴子坐在单独的房间,对着电脑显示器呈现出虚拟化身的手臂
Shared Control Task(共享控制任务)
(X,Y) position of the virtual arm was decoded during centre-out movements from the two monkeys’ brains with each given 50% control of the arm.