苏黎世晚报:意念可移物用大脑调整机械

澳门新葡新京 2

澳门新葡新京 1

本报讯(记者陈彬)浙大附属二院神经外科与浙大求是高等研究院合作的“脑机接口临床转化应用课题组”近日向公众发布最新进展,他们在人体颅内植入电极,让“意念”控制机械手,完成高难度的“石头、剪刀、布”手指运动。这是我国首次进行该类手术。这是课题组首次将脑机接口成功用于人,破译人脑信号,并建立了信号对机器准确传递的研究模型,为中风、脊髓及肢体神经损伤、肌萎缩侧索硬化(“渐冻人”)以及其他神经肌肉退化等肢体运动功能障碍患者实现运动功能重建带来了新希望。据介绍,“意念”在大脑中其实是以脑电波的形式存在的。但一直以来,这些神经信号就像一本“天书”,人类自己不知如何才能读懂它。随着计算机等技术的迅速发展,一种被称为脑—机接口的技术迅速成为全球科学家最热门的研究领域之一,它致力于在大脑和外部设备(例如假肢)之间建立一条传输大脑指令的通道,实现即使在脊髓损伤发生神经通路损坏的情况下,脑部信号也能通过外部设备有效到达身体各处,使行动障碍的人重获独立生活的能力。2012年,课题组经过多学科交叉研究,在猴子脑中植入电极,运用计算机信息技术成功提取并破译了猴子大脑关于抓、勾、握、捏四种手势的神经信号,使猴子的“意念”能直接控制外部机械。该课题组的最新研究,是第一次将大脑信号的破译对象转移到了人。课题组负责人之一、浙大附属二院神经外科主任张建民介绍,通过开颅电极埋藏术来分析大脑皮层脑电,明确癫痫病灶部位,是癫痫诊断常规手段之一。手术前,经医院伦理委员会的批准和患者及家属的知情同意,在不影响病人监测的情况下,课题组用分线器将监测的脑电分出一路,连接到脑电信号分析仪,让电脑可以“旁听”脑电信号。从猴脑到人脑,这对课题组的解码、编码、运算方式及效率等提出了挑战,并使得这一跨越更具实质性意义:猴脑与人脑解剖结构虽比较接近,但在脑功能方面存在较大差异。“以这次手部动作为例,猴脑可以通过意念较好地控制手臂的活动,但手指动作这一水平的控制就远不如人脑复杂而精确。”浙江大学求是高等研究院教授郑筱祥说,而且猴脑中指导完成动作的脑皮层神经电信号的复杂程度也远远低于人脑皮层的动作区。此外,人的大脑活动受环境影响更大,计算机处理这些信号的复杂性也会大大增加。在志愿者小刘的病房里,一台电脑一头连着她的大脑,一头连着一只机械手。当小刘抬起手做出“石头”的动作,机械手像发生了“心灵感应”,也出了“石头”。“电脑读取了志愿者的脑电信号,经过解码后,再‘告诉’机械手。”张建民说。为了增加实验的趣味性,课题组还稍稍更改程序,让志愿者猜拳,并且想赢就赢,想输就输。实验统计,“意念”控制机械手的准确度达到80%左右。“任何基础医学研究的最终目的都是要应用到临床,为病人解决实际问题,也就是所谓的‘转化医学’。在动物模型实验的基础上,最后过渡至如今在人脑上的应用。”该项目组一位工作人员表示,该项研究是将脑机接口技术进一步应用到人类运动功能重建领域的转化医学实践,首次实现了人的意念控制机械手完成“石头、剪刀、布”的猜拳动作,使得脑机接口技术的临床应用向前迈进了一大步。目前,国际上脑机接口技术在人脑中的应用可以较好地实现意念控制下对某一具体物件(如纸杯、球)的成功抓握,这次“石头、剪刀、布”控制精确到手指动作的实践,在全球范围内也达到了前沿水平。“虽然也已实现了手指关节水平的人脑控制,但尚未能很好地实现其他诸如抓握精细物体、不规则形状物体等更精确的手指动作,这还有待进一步探索。”郑筱祥说。(2014-09-03)

澳门新葡新京 2

  广州日报2月23日讯美国研究人员近日宣布,已研制出一种可由大脑控制的机械手,这种机械手能帮助人准确且自然地执行动作。长期瘫痪的人可以通过手部定位、导向以及接触,部分恢复自然的指令信号,进行一些接近正常人的活动。将人脑与机器“结合”,这项曾经看似遥不可及的技术,现在已经开始变成现实。在未来,“脑机接口”技术将会有哪些新突破?在应用领域,又将会有哪些我们意想不到的用途?我们特邀专家进行解答。

“脑控手”:瘫痪者可用意念控制假肢

  一直以来,研究者对于人脑与计算机结合的技术很感兴趣。而发表于医学杂志《柳叶刀》的这项最新研究结果,就是把获取的大脑神经细胞的放电信号变成了计算机编码,从而可以准确控制机械手的运动。
  神经生理学家和生物医学工程师们认为,这种由脑控制的假肢是该领域的一个新突破。
  方法:运用基于模型的算法
  研究小组成员、宾夕法尼亚州匹兹堡大学教授安德鲁·施瓦茨说,这项研究最大的挑战一直是如何把人脑信号准确转录为计算机编码。
  不少做到这一点的脑控假肢所用算法是一个复杂的“图书馆”,内容为人脑信号与计算机编码的连接关系。通过这种算法,很多大脑控制的假肢已经可以达到这样的效果。
  但这次研究者们采用的是完全不一样的方法,他们通过运用一种基于模型的算法,可以准确地模仿未受损害的大脑控制肢体的运动。实验结果表明,这个机械手可以比之前的任何脑控假肢运动得更精准、自然。
  实验:完成任务成功率高达91.6%
  该研究小组将两个微电极植入一个52岁的妇女大脑运动皮层。
  这位女性志愿者由于脊髓小脑退化导致左半身从颈部开始瘫痪,无法移动自己的手部和脚部。动完手术两周后,该妇女装上了假肢并且进行了为期14周的训练。第二天后,她便可以通过脑控来移动假肢。
  该训练主要针对9种技能,例如抓和移动小物体、堆叠椎体等等。最后,她完成任务的成功率高达91.6%,而且每项动作比实验之初平均快了30秒。
  计划:让机械假肢具备感知功能
  研究者表示,下一步工作是让合并了感受器的机器假肢告诉病人物体表面是冷、热、粗糙或是光滑,并且用Wi-fi技术取代电线将病人的脑和假肢联系起来。
  早在2011年10月,北卡罗来纳州杜克大学的一个研究小组称,他们将电极植入猴子大脑,可以让该动物感受到虚拟物体的质感。最近,在美国国防部高级研究项目署(DARPA)资助下,研究人员正在研发潜在的可以用于军事的相关技术,包括供退伍老兵使用的脑机接口技术。

澳门新葡新京,“脑机接口技术”:你想做什么 电脑都知道 侵入式VS非侵入式

  华南理工大学自动化科学与工程学院院长、华南理工大学脑机接口与脑信息处理研究中心主任李远清教授向本报记者介绍说,将人脑与机器“结合”,就是专业人士所称的脑机接口技术。该技术涉及脑科学、神经工程、计算机科学、控制科学、信号处理等多个学科,多次被评为世界十大科技进展。
  “依据信号获取的方式,脑机接口可以分为两大类。一类是侵入式脑机接口,就是将微电极植入人或者猴子等动物的大脑皮层,提取脑信号并输入计算机实时处理,得到反映用户意图的控制命令,来控制机械臂等外部设备。”李教授表示。
  像“脑控手”就是一种侵入式脑机接口。这种脑机接口的优点是提取的信号质量高,能完成对一些复杂外部设备的操控,缺点也很明显,就是对大脑有伤害。“病人能否长期植入这种微电极,保证其性能长期稳定和安全,这些都是没有解决的难题。”他说。
  此外,另一种方式是非侵入式的脑机接口,目前最普遍用的是脑电,脑电是通过头皮电极提取的电信号。这种脑机接口的突出优点是对大脑没有伤害,方法简单,设备相对便宜,但缺点是提取的信号质量相对较差,难以操控复杂对象。

Leave a Comment.