CMU重大突破，無需手術，普通人就能用意念操控機械臂

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用意識控制物體似乎一直是科幻電影中才會存在的超能力

其實，科學家們早已將這種超能力帶到了我們的現實生活中。不過，成功控制諸如機械臂之類設備的腦機介面技術都要通過手術在人的腦部植入電極、晶元等。

史上首個成功的非侵入式意念控制機械臂

現在，卡內基梅隆大學（CMU）生物醫學工程系教授賀斌團隊開發出了一種可與大腦無創連接的腦機介面，能讓人用意念控制機器臂連續、快速運動。

▲用戶使用BCI控制機械臂穩定、連續跟隨移動的游標

據悉，在二維平面控制游標移動的傳統任務中，相比非侵入式BCI，這種新型的BCI學習效果提高了近60%。研究人員還開發了一個更接近現實使用的情境，也就是由用戶採用運動想像來連續追逐隨機移動的游標，這個任務的學習成績提高了5倍以上。

論文地址：

https://robotics.sciencemag.org/content/robotics/4/31/eaaw6844.full.pdf

有創和無創的腦機介面

連接人腦和機器的其中重要一步是獲取電信號，主要分為有創和無創的腦機介面。

有創的腦機介面需要通過手術向頭部植入電極來實現腦電信號的獲取。這樣做的好處就是可以直接從大腦皮層獲取信息，可以避免神經信號因為遠距離傳輸而衰減，通過這種技術記錄到的信號具有極高的信噪比和良好的解析度。

目前已經證實從腦植入電極感測到的信號來控制機器人設備的良好性能。

但是問題也很明顯，首先就是植入手術過程中具有潛在的風險，其次，電極也很難精確的植入到對應的腦區，隨著時間的推移，電極也會被疤痕組織覆蓋，這樣神經信號就會大幅衰弱，需要重新植入。

無創腦機介面則不需要手術，直接從人的頭皮表面記錄神經信號，這種方式對人體損害小，而且相較於有創腦機介面，人類可以節省大量的訓練時間。

這種方式的問題也很明顯，由於是在腦外，獲得的神經信號更容易受到雜訊的干擾，在強度上也遠不如有創腦機介面。這是無創腦機介面急需解決的問題。

新成果的重要價值

這一次卡內基梅隆大學和明尼蘇達大學的研究人員正是在無創腦機介面領域獲得了突破性的進展。通過使用新穎的感測和機器學習技術，研究人員的設備能夠訪問大腦深處的信號，實現對機器人手臂的高解析度控制。通過無創神經影像學和一種新穎的連續追蹤範式，克服了嘈雜的腦電信號，從而顯著改善了基於腦電圖的神經解碼，並促進了實時連續的2-D機器人設備控制。

迄今為止，這項技術已經在68名身體健全的人體受試者身上進行了測試（每個受試者最多10次），包括虛擬設備控制和機器人臂的控制，以便持續追蹤。同時，這項技術可直接適用於患者，團隊計劃在不久的將來進行臨床試驗。

科幻終將成為現實

關注過《挑戰不可能》的朋友，可能記得一名特殊的漸凍症患者——王甲。他正是使用了來自清華大學醫學院神經工程團隊帶來的無創腦機介面才完成了不可能的挑戰。

王甲由於患上「漸凍症」，失去了幾乎所有運動的機能，清華大學的神經工程團隊為王甲打造了一款無創腦機介面打字系統，通過對視覺神經信號的解碼來完成打字的任務。這重新建立了王甲和這個世界的聯繫。

事實上，目前的腦機介面技術主要的目標人群是像王甲一樣的殘疾人，為他們儘可能的恢復與這個世界的聯繫。

在未來，腦機介面技術也會走向普通大眾，擺脫各種操作面板、滑鼠、鍵盤，通過人的思維來直接控制計算機和機器，這肯定是腦機介面未來發展的方向。正如卡內基梅隆大學生物醫學工程系主任賀斌教授所說的：「這項技術有朝一日可能成為幫助每個人的普遍輔助技術，就像智能手機一樣。」

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