360°無死角認識腦機介面

《阿凡達》影片中有這樣一個橋段：在潘多拉星上，下身癱瘓的的前海軍戰士傑克·薩利躺在密封艙中，通過頭上戴著的複雜設備，利用意念操控人造的混血阿凡達。

當然，潘多拉星和阿凡達只是導演卡梅隆的虛構，利用意念操控阿凡達自然也不可能發生。但是你或許不知道，利用「意念」操控物體已經不再是人類的空想。早在1963年，英國就有過試驗，用病人大腦運動皮層的信號，完成幻燈片的自動切換。瑞典科學家也開發出用人腦意識控制前進的輪椅。麻省理工大學目前正在研發一種可用於人腦植入的超輕電線。

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意念操控物體到底是如何實現的？

我們可以先從「腦機介面」開始了解。

腦機介面

腦機介面（Brain-computer Interface，BCI），有時也稱作「大腦埠」direct neural interface或者「腦機融合感知」brain-machine interface，它是在人或動物腦（或者腦細胞的培養物）與外部設備間建立的直接連接通路。在單向腦機介面的情況下，計算機或者接受腦傳來的命令，或者發送信號到腦（例如視頻重建），但不能同時發送和接收信號。而雙向腦機介面允許腦和外部設備間的雙向信息交換。

其中，「腦」一詞意指有機生命形式的腦或神經系統，並非僅僅是「mind」。「機」意指任何處理或計算的設備，其形式可以從簡單電路到硅晶元。

腦機介面原理示意圖

腦機介面分類

腦機介面主要分為植入式和非植入式兩大類。區別在與植入式的更精確，植入式電極相比於頭皮貼片而言精確度高的多，可以編碼更複雜的命令（比如三位運動）。非植入式的更安全，所以接受度會高很多，如果面向健康人類開發產品，這可能是唯一選擇。酷成長目前開發的產品屬於非植入式。

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非植入的腦機介面一般使用的是頭皮腦電信號EEG， 主要實現的應用是運動想像和虛擬現實相結合，這種信號的開發比較容易，但是可以控制的運動狀態較少。一般就4種狀態，而且需要前期對計算模型的大量訓練獲得模型參數。

非植入式腦波數據採集頭箍

植入式的腦機介面現在主要是在人或靈長類動物的大腦皮層植入電極，採集信號做運動控制，但是由於是開顱手術，所以做起來風險較大。這種信號的時空解析度很高，可以控制高維，多自由度的運動，目前最新的實驗可以控制手臂和手的三維運動。

植入式腦機介面

腦機介面應用

在醫療康復領域中，幫助（高位）截癱患者恢復取拿物品、喝水等一般自理能力，可以通過兩種方式實現，第一種方式一是在大腦運動中樞植入晶元來實現控制。第二種方式是通過在患者脊髓中植入晶元來控制主管肢體運動的脊神經來實現；

在教育培訓領域中，藉助教學輔助設備，比如服務機器人，通過腦控機器人幫助兒童進行認知訓練；

在智能家居領域中，通過腦控電燈、音箱等實現遙控開關功能；

腦波燈

在大眾消費和娛樂領域中，為玩具飛行器、無人機、賽車等傳統娛樂產品提供附加值，同時也為消費者接觸新興腦科技提供觸點，特別是低齡消費者。

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酷成長腦控意念產品

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腦機介面的難點與展望

由於人的大腦被緊緊包裹在頭蓋骨當中，頭骨屏蔽掉了大量信號，能夠傳到外面的已經相當微弱，因此從外界測量就變得格外困難。在專業醫療領域，腦電波的測量要在患者頭上裝上十幾個電極，並且塗滿導電膠，十分麻煩。

另外一方面的難點是各種干擾的存在，例如環境中的電磁雜訊、使用者體表的電生理信號等，甚至使用者的心理狀態也會破壞系統的穩定性，很多腦機介面的識別演算法離開實驗室到了家居環境就無法穩定工作了。

複雜的測量過程阻礙著腦機介面技術在各領域形成廣泛的應用。但是隨著新的腦電感測器(例如乾電極)和識別演算法的不斷改進，相信未來的腦電帽一定會幫助一部分喪失運動功能的病人重新體驗運動的感覺，提高生活質量。

讓我們我們一起期待腦機介面技術有新的突破，一起期待酷成長的不斷進步。

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