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熱點|雙邊植入,腦機接口!癱瘓人士用「意念」操控雙機械臂吃蛋糕

編輯:奧松機器人科技股份有限公司2021-01-19 瀏覽次數:678

如果有一天,我們只要在大腦上插一根電纜,就能像U盤一樣把知識傳輸進大腦;或者只需要一個意念就能改變現實。

聽起來是不是很像科幻電影?在科幻電影中,“人機合一”是一種向往,而現實中的科學家們,正在一步步地向其靠近。

最近,約翰斯·霍普金斯大學醫(yī)學院(JHM)和應用物理實驗室(APL)公開了一種將人工智能,這是一項將機器人技術和腦機接口融合在一起的研究,他們將腦機接口技術應用在一位四肢癱瘓的人身上,讓他能夠用自己的“大腦意念”同時控制兩支機械臂,在無需他人的幫助下吃下蛋糕。

還記得今年7月的時候,馬斯克的腦機接口公司Neuralink做的三只小豬實驗嗎?他們在豬腦中植入芯片,可以讀取豬活動時的大腦信號波動。馬斯克當時在發(fā)布會上難掩激動,畢竟多年以來,馬斯克的實驗從老鼠,到猴子,再到豬,一步一步想要接近“入侵人腦”的夢想。

不過這一次,約翰斯·霍普金斯大學的研究人員已經先行一步。

世界首個雙邊植入腦機接口實驗

智能軟件將四肢癱瘓的人的餐具放在正確的位置,然后檢測他大腦兩側的信號并開始切割食物,完成后,將食物帶到嘴附近,他再次使用大腦信號將食物放到離嘴最近的位置,一口吃下去。

我們看到的過程可以用簡單幾句話來描述,但卻具有劃時代的意義,這是一次前所未有的進展,是世界上第一個雙邊植入腦機接口實驗。

約翰斯·霍普金斯大學醫(yī)學院的康復醫(yī)學研究小組成員Pablo Celnik博士表示:“類似的腦機接口研究,此前大部分集中控制一只機械臂上,只從大腦的一側采集信號進行控制?!薄巴瑫r控制兩個機械臂的腦機接口系統(tǒng)是一個特別的挑戰(zhàn),因為它并不是簡單的 1+1=2 的過程,更像是試圖計算從大腦信號輸出,到雙臂操作流程的綜合信息,這意味著腦機接口可以實現更復雜的任務控制?!?

癱瘓受試者的自述“10小時開顱手術,植入6個電極”

四肢癱瘓的殘障人士有多難,我們無法體會。

這位四肢癱瘓的人叫羅伯特·克米勒維斯基,十幾歲的時候他酷愛沖浪,然而一次冒險中發(fā)生了事故,成為了脊髓損傷者的一員。此后的30多年來,他一直無法像正常人一樣生活,幾乎感覺不到自己的手和四肢。

但這次,他能夠利用意念控制機械臂拿起餐刀、餐叉切下一塊蛋糕,然后把蛋糕送到自己的口中。在對羅伯特的采訪視頻中他表示:“這種感覺簡直太棒了,非常有成就感,我希望還能用它做更多的事情”。

一切要從2019年說起,49歲的羅伯特在做了很久的心理建設后,同意與約翰·霍普金斯大學一起參與一項名字叫做“革命性假肢(RP)”的研究項目,并接受了10個小時的開顱手術,神經外科團隊將6個微電極陣列植入到他的大腦兩側,這些電極可以在大腦中保持多達五年,而對腦部或皮膚形成疤痕的風險最小。但是,像任何手術一樣,存在感染或出血的風險。

現在,手術后的研究已經進行了近兩年,達到了一個重要的里程碑——他可以使用兩個機械臂來完成簡單的任務,生活的奇跡終于發(fā)生了。

人機合一,不僅能讀取傳輸大腦信號,還能模擬感官

“人機合一”的實現,關鍵在于植入羅伯特大腦中的那6個微電極陣列,它們跟螞蟻差不多大,一半布置在運動皮層,一半在感覺皮層。

這些微電極陣列用于讀取運動信號并刺激感覺信號,從而繞過患者受損的脊髓。微電極陣列可以通過電線連接到機械臂或其他設備,允許來自大腦的神經信號向這些設備傳遞信號,反之亦然。

研究小組還開發(fā)了一種神經信號解碼器,一種可以讀取神經信號并將其轉化為運動的設備。這允許計算機讀取來自人類大腦運動皮層的信號,這些信號傳達了他們想要做什么,然后計算機解碼這些信號并將其發(fā)送到機械臂,從而使人可以控制其運動,就像機械臂是他自己的手臂一樣。

你以為到這就結束了?不,到目前為止控制機械臂只能解決一半的問題。如果沒有感覺,參與者控制的實際上是兩條麻木的手臂。打個比方,當你感覺不到自己的手,你怎么知道手放在那里,又怎么使用合適的力來撿起杯子?

植入到感覺皮層的那幾個微電極陣列解決了這個問題,它能夠讓癱瘓的人感覺到“觸摸”,達到模擬感官的效果,這意味參與者在控制機械臂操縱物體時,能夠感覺到觸摸,并精確定位機械臂的位置。

未來世界

羅伯特和約翰·霍普金斯大學的研究人員正在嘗試僅使用神經信號同時控制兩件事,例如同時控制輪椅和機械臂。

此外,關于對腦機接口的設想,約翰·霍普金斯大學的研究小組不僅僅停留在意念控制機械臂上。他們設想,未來可以使用神經信號來控制計算機的鼠標,或者直接用意念控制智能家居。

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