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来（lái）自卡内基梅隆大学与明尼苏达大学的研究人员日前利用无创的脑机接口（BCI）技术，成功开（kāi）发出第一款（kuǎn）由大脑（nǎo）控制的机器人手（shǒu）臂（bì），具有连续跟踪计算（suàn）机光标的能（néng）力（lì）。该成果发表在 Science Robotics上。
仅依靠大脑意识实现（xiàn）无（wú）创控制机（jī）器人装置，将具有巨大的应用潜力，尤（yóu）其是将改变瘫痪患（huàn）者和运动障碍患者的生活。
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图 | 无（wú）创脑机（jī）接口（来源：Science Robotics）
无创脑机（jī）接口是（shì）最终（zhōng）目标
在科（kē）幻作（zuò）品中（zhōng），意念控（kòng）制的实（shí）现可以顺手拈来（lái）、轻（qīng）而（ér）易（yì）举。而在（zài）现（xiàn）实世界中，其背后（hòu）支持性的技术（shù）——脑机接口技术也已有近百年（nián）的（de）历史。
一直以来（lái），科学家们（men）希望能（néng）够在脑机接口领域实现科（kē）学研究与（yǔ）应用技术（shù）的突破，为许多当（dāng）前仍（réng）无法解答的难题提（tí）供更好（hǎo）的探索工具，帮助人类（lèi）进一步了解自己的（de）大脑（nǎo），预防、诊断、治疗脑部疾（jí）病（bìng），并（bìng）将这（zhè）一（yī）技术广泛应用于睡（shuì）眠管理、智能生活和残（cán）疾人康复等领域（yù）。
如今，脑机（jī）接口技术已经（jīng）被（bèi）证明能够很好地利用大脑植入物（wù）的信号来控制机器人设（shè）备。当机器人设备（bèi）可以被高（gāo）精度（dù）控制时，它们（men）可以用来（lái）完成各种日常（cháng）任务（wù）。
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（来源：Carnegie Mellon University）
然而（ér），到目前为止，那（nà）些脑机接口成（chéng）功地控（kòng）制机械手臂的研究，都使用了侵（qīn）入性的大脑植入物（wù）。这些（xiē）植（zhí）入物需要大（dà）量的医（yī）学和（hé）外科专（zhuān）业知识才能正确安装和操作，更不用（yòng）说成本和（hé）对受试者的潜在（zài）风险。因此，它（tā）们的应用仅限（xiàn）于（yú）少数临（lín）床病例。
另一方面，使用非侵（qīn）入性外部（bù）传（chuán）感还存（cún）在诸（zhū）多问题，如脑机接口设备（bèi）接收（shōu）的信号（hào）“更杂”，导致信号（hào）分辨率较低和更不精确的控制（zhì）。开发侵入性（xìng）较小甚至完全（quán）无（wú）创的脑机接口（kǒu）技术，使瘫痪患者（zhě）能够利用自己的“思想”控（kòng）制机器人肢（zhī）体，是（shì）脑（nǎo）机接口领域（yù）的一（yī）大挑战（zhàn）。这种非（fēi）侵（qīn）入性脑机接口技术如果成功，将会给许多（duō）患者甚至普通（tōng）人（rén）带来巨大的（de）改变（biàn）。
卡（kǎ）内基梅隆大学生物医学（xué）工程系主（zhǔ）任贺（hè）斌表示，使用脑部植入物（wù）的大脑控制机器人设备已经取得了重大进展，这是一（yī）门出（chū）色的科学。但非侵入性（xìng）是最终目标（biāo），神经解码的进步和无创机器人手臂控制的实（shí）用性将对（duì）非（fēi）侵入性神经机器人（rén）的最终发展产生（shēng）重大影（yǐng）响。
无创大脑控制机（jī）器人（rén）手臂
在最新发表的（de）这篇论（lùn）文中，贺斌和同事在开发低侵入性或非侵入性的（de）脑机（jī）接口技术方向取得突破性进（jìn）展。他（tā）们利用新颖的（de）传感（gǎn）和（hé）机器（qì）学习技术，通（tōng）过无创神（shén）经成（chéng）像和（hé）一（yī）种（zhǒng）新的连续追踪范式，克服了嘈（cáo）杂（zá）的脑电（diàn）图信号，显（xiǎn）著改善基（jī）于脑电图（tú）的（de）神经（jīng）解码，从而实现实时连续的机器人设备控（kòng）制（zhì）。
利（lì）用非侵入性脑机接口技（jì）术，研究（jiū）人员首次在人类受试者身上，成功实现控制机器人手（shǒu）臂连续（xù）跟（gēn）踪计（jì）算机屏幕上的光（guāng）标（biāo）。在（zài）这之前，由人类非侵入性控制的（de）机械手臂会跟随移（yí）动的光标做出（chū）不稳定、不连续的动作，而现（xiàn）在，手臂（bì）会沿着平滑（huá）、连续的（de）路径跟（gēn）随光标。
研究团队还（hái）建（jiàn）立了（le）一个新（xīn）的（de）框架，通过增加用户参（cān）与和训练以及脑电信号源（yuán）成像无创神经数据的（de）空间（jiān）分辨率，解（jiě）决和改进脑（nǎo）机接口的“大脑”和“计算机”组件。研（yán）究结果表（biǎo）明，该团队（duì）解决这（zhè）一（yī）问题的（de）独特方法不仅将 BCI 学（xué）习提高（gāo）近 60%，还将（jiāng）计算机光标的连（lián）续跟踪能力提高了 500% 以上。
这（zhè）项技术还可（kě）以通过提供安全的、非侵入性的“意识控制”设备来帮（bāng）助（zhù）各种各样（yàng）的人，这些设备可以让（ràng）人们与（yǔ）环境（jìng）互动（dòng）并（bìng）控制他（tā）们的环境。
到目前为止，这项技术已经在 68 名身体健全的人类受试者中进（jìn）行（háng）了测试(每个受试者最多进行（háng） 10 次（cì）测试（shì）)，包括虚拟设备控制和用于持续追踪（zōng）的机械手控制。接下（xià）来（lái），研究小组还（hái）计（jì）划（huá）在患者身上进行相关的临床试验。
“尽管使用非侵入性信号（hào）存在（zài）技术挑战，但我们（men）完全致（zhì）力于（yú）将这种（zhǒng）安全和（hé）经（jīng）济的技术带给可以从中受益（yì）的人，”贺斌说。“这项工（gōng）作代表（biǎo）了无创（chuàng）脑机（jī）接口的重（chóng）要一步，这项技术有朝（cháo）一（yī）日可能（néng）成（chéng）为帮助每个人的普遍辅助技术。”
