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科技日历丨比马斯克脑机接口早21年,世界上就有人能用思想控制计算机

2019-10-27 08:54 前瞻网   
科技日历丨比马斯克脑机接口早21年,世界上就有人能用思想控制计算机

1998年10月26日,美国乔治亚州的一名男子成为第一个用思想控制计算机的人。这名男子 约翰尼·雷(称为J.R. )因中风而瘫痪。罗伊·巴凯博士和菲利普·肯尼迪博士在J.R的大脑植入玻璃椎体,使他能够靠思想控制电脑。

J.R.是谁?

1997年,越战老兵约翰尼·雷的脑干血管破裂。这次中风使他几乎完全瘫痪,他可以活动舌头、面部肌肉和眼球,却无法自己呼吸。但约翰尼·雷是完全清醒的,他能看、能听、能想。这种症状专业来说是闭锁综合症。

隔年,J.R.同意在他的大脑中植入一个神经营养电极。该装置由神经学家菲利普·肯尼迪发明,并由他的同事、神经外科医生罗伊·巴凯植入。在大脑植入这种东西后,J.R.能够通过在电脑屏幕上显示“我渴了”和“很高兴和你聊天”等短语来表达自己的意思。随着时间的推移,他学会了将光标移动到字母表中的特定字母,拼出自己和医生的名字。

J.R.是第二个接受植入的人,但也是第一个用自己的思想成功与电脑交流的人。2002年,他死于脑动脉瘤。

设备

在设计电极的过程中,肯尼迪博士知道该装置必须是无线的,生物学上兼容的,并且能够长期植入,只有这样他才能观察到受试者在完成学习任务时神经元的放电情况。

神经营养电极由两个微小的(整个东西大约是圆珠笔尖那么大)中空玻璃锥组成,外层覆盖着从受试者自身的周围神经中提取的神经营养化学物质。

巴凯博士当时解释说:“这将细胞置于锥状体中,使细胞能持续很长时间。在稳定的环境中培养这些细胞是至关重要的。神经组织生长到锥体中,形成接触或突触。”

这些接触允许神经信号被置于玻璃锥内的记录线接收,然后通过皮肤传输到头皮外的接收器和放大器。(没有电线穿过皮肤,系统是由放置在头皮上的感应线圈供电的。)

所记录的神经信号被连接到计算机上,作为鼠标指针的替代品。病人能够听到一些声音,这些声音表明他们的大脑正在以一种使他们能够集中注意力并移动光标的方式思考。

1998年,巴凯表示,这项研究还处于起步阶段,但“潜力巨大”。2014年,肯尼迪博士在自己的大脑表面下植入了一组玻璃和金线电极,以进一步研究。

巴凯当时表示,“这项新技术对世界各地的瘫痪者都有深远的影响,无论是脊髓或脑干损伤导致的瘫痪,还是ALS等严重疾病造成的瘫痪。对于肌肉不受控制的脊髓损伤患者,这些神经信号可以为激活瘫痪肌肉的电刺激器提供一些控制,从而绕过脊髓损伤区域(‘脊髓旁路’)。目前,我们正致力于为被锁定的病人提供与电脑的通讯连接,这是一项相对容易的任务。”

脑机接口的研究

对脑机接口(BCI)的研究始于20世纪70年代,但肯尼迪的神经营养电极是第一个脑机皮质内接口。虽然BCI技术已经取得了进展,但目前最大的障碍是缺乏一种能够提供安全、准确和可靠的大脑信号的传感器模式。一年一度的BCI研究奖是为了表彰在BCI研究领域的杰出贡献。

从那以后,BCI在人类身上有了许多应用,有些取得不错的进展:

2002年,成年后致盲的延斯·瑙曼(Jens Naumann)成为16名付费患者中第一个接受由私人研究员威廉·多贝尔开发的第二代植入物的人。瑙曼刚做完植入手术,就打算开车在停车场转一圈。不幸的是,在他的过程和发展被记录下来之前,多贝尔在2004年去世了,所以当瑙曼(和其他病人)开始有视力问题时,没有解决办法,他们最终又失去了“视力”。

马特·纳格尔因刺伤而导致C3四肢瘫痪,他在2005年成为第一个使用BCI控制假手的人。

2013年6月,Bin He和他在明尼苏达大学的团队开发了一种基于非侵入性脑电图的BCI,用于引导遥控直升机通过障碍物。

今年7月份,Neuralink的创始人马斯克宣称找到了高效实现脑机接口的方法,在发布会现场一度激动到笑场。

Neuralink开发出柔韧的“线”,直径4-6微米,比人的头发丝还要细,一台自动嵌入线的机器,像缝纫机一样自动植入大脑,带给大脑最低损伤。此外还开发了定制芯片,能够更好地读取、清理和放大来自大脑的信号。

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责任编辑: 4041WCHEN

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