脑控电脑正在成为现实，但重大障碍仍然存在

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一个叫“PEANUT”的机器人伴侣在用户使用该系统时，为脑-机接口用户提供社交反馈，比如鼓励。

由Inria/C. Morel提供

想象一下，通过大脑来控制你的电脑。这听起来很遥远，但真正的进步正在这些所谓的脑-机接口上。然而，从用户训练到侵入性大脑植入程序的现实，仍存在重大挑战。

在猪脑里装传感器——这是埃隆·马斯克(Elon Musk)的Neuralink公司目前正在研究的。这家公司承诺改变脑-机接口。这些设备可以让人类用大脑控制电脑。Neuralink公司正在猪身上测试他们的新技术。在9月份的一次新闻发布会上，马斯克甚至还展示了一只在大脑中植入了电极的猪，并追踪了鼻子的刺激情况。

所有这些听起来都像科幻小说或炒作，但这个研究领域充满希望。脑机接口或BCI可能会在不久的将来帮助脑损伤或运动能力受损的患者康复或更好地与周围环境互动。运动能力下降的人可以用大脑控制机械化的轮椅，甚至可以在不松开手指的情况下甚至控制家用电器和设备(例如电视或恒温器)，从而增加了他们的独立性。从长远来看，它甚至可能有助于增强人们的认知能力。但是目前，仍然存在一系列的挑战。

脑机接口

法国InriaBordeaux-Sud-Ouest研究主任Fabien Lotte博士正在研究这些挑战。他表示："大多数脑机接口都可以工作，但不能很好地工作。"

BCI有两种主要类型：非侵入式和侵入式。最常见的是非侵入式的，它们只是安装在人头上的传感器，就像一顶布满电线的高科技帽子。他们测量大脑活动并将数据传输到电脑上。另一方面，侵入性BCIs是放置在颅骨内的传感器，这正是Neuralink正在探索的。

BCI希望根据用户的大脑活动向左或向右移动鼠标指针。Lotte博士提到的平均正确率约为60%至80%，不过这取决于包含了多少思维指令。光标向左或向右移动的系统仅包含两个提示命令，准确率约为70%到80%。因此，每尝试几次，系统就会出错。

但对Lotte博士来说，问题可能不仅在于技术，还在于使用BCIs的人。"控制BCI是一项需要学习的技能，"他说。"我们不仅需要好的技术，还需要训练有素的用户。"

Lotte博士领导了一个名为”Brain Conquest”的研究项目，该项目为非侵入性BCI用户设计了更好的训练。研究人员为用户提供了像用大脑玩电子游戏这样的练习，让他们思考一个需要在屏幕上执行的动作。不过，该团队也在设计更好的反馈系统，例如可在用户手上产生振动的触觉手套。

社交反馈，如鼓励，也经过测试。他们甚至设计了一个叫”PEANUT”的人造伴侣，它看起来像是一个可爱的卡通机器人，用一个屏幕代表一个脸。Lotte博士认为，人造伴侣对大脑活动的解释更加统一，并且仍然可以提供有用的反馈体验。

这项研究仍在进行中，但在某些用户身上显示出显著的效果。触觉和视觉反馈的结合使整个测试组的准确率平均提高了5%。PEANUT对喜欢团队工作的人有积极的影响。如果没有PEANUT，则其准确度平均为63％，根据用户的不同，准确度会提高5％至10％。但是，喜欢单独工作的用户会发现使用PEANUT时性能下降。

数据

另一方面，技术也仍然是一个挑战。美国查普曼大学助理教授Aaron Schurger博士认为，可以改进使用数据分析BCI的方法。传统上，BCI仅在用户要执行操作时才使用数据。例如，当用户想让鼠标指针向左移动时，他们会收集大量的大脑数据，并利用这些数据更好地意识到何时需要采取行动。

但Schurger博士认为，我们不仅需要研究狭窄的信息，还需要包括大脑处于静止状态时的数据。这是他先前在研究项目ACTINIT中探索的概念。Schurger博士说：“我们现在正在研究所有数据。”“不仅是移动之前的数据。”

Schurger博士将其与天气预报进行了比较，在天气预报中，气象学家使用大量的气象数据来预测将要发生的情况。“如果要预测何时下雨，只看下雨天是做不到的。这样你会错过一半的画面。”

图片来源于网络

但是，如果BCI想要真正解决当前困扰他们的问题，则可能需要比用户训练或更好的数据分析更激进的行动。这将要求研究人员超越非侵入性技术。一种关键的非侵入性方法称为EEG或脑电图。在这个实验中，电极被连接到头皮上，用来测量大脑内部神经元发送的电流。脑电图测量反映大脑活动的微电流。

当一个人执行动作或想象动作时，可能会激发成千上万的神经元，从而产生足以在头皮上测量的电流。然后，软件系统尝试理解这些数据，并将其连接到一个动作或想象上。

但是对于Schurger博士来说，EEG实际上已经处于稳定状态。他说："现在人们已经在这个问题上进行了三、四十年的研究，但很长一段时间都没有任何重大突破。"

颅骨

这里的关键问题是颅骨的厚度。较厚的颅骨也许能很好地保护我们的大脑，但它也让我们很难弄清大脑里面发生了什么。

"来自大脑的信号非常微弱，想象一下，你在一个拥挤的足球场上方放置了几个麦克风，你正试图收听一个对话。你可能会意识到进球得分，但是很难区分一次对话。"

解决办法是进入体育场，离比赛更近的地方。或者对于BCIs，在颅骨上钻孔，将传感器直接连接到大脑上。这为研究人员提供了更好的信号。自20世纪70年代末以来，侵入性BCIs就已经在人类身上安装，在一些实验案例中，它们恢复了失明患者的部分视力，并允许瘫痪患者控制假肢。但它们也必须考虑一系列医疗方面的问题。

首先，医生需要说服病人和监管机构让他们在人的脑袋里安装装置。除此之外，还可能有医学并发症。患者的身体可能会在传感器周围生长出免疫组织，甚至排斥它。这可能会给设备带来更差的信号，或者对患者的健康造成负面影响。"颅骨内有异物，"Schurger博士说："身体往往会排斥它。"

基于这些原因，人类和机器融合以增强认知能力的未来应用可能还需要一段时间。

非侵入性

但是，即使不能很好运行的BCI系统仍然可以找到应用程序。Lotte博士提到无创BCI可以帮助中风患者康复，他还在波尔多的Pellegrin医院进行了探索。今天，中风患者已经需要通过例如思考某种动作来锻炼大脑的受损部位。BCI可以通过向患者提供有关这种脑部锻炼的反馈来帮助患者，尽管目前这个项目还无法给出有效性的结果。

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Lotte博士提到的另一个用例是被动BCI。在这里，这项技术被用来监测大脑活动。未来，像飞行员这样的高风险专业人员可以在飞行过程中佩戴无创BCI，以监测他们的疲劳程度和注意力。通过监测他们的大脑活动，其他机组人员可以察觉到他们是否太累或不堪重负。

Lotte博士表示并不想预测BCIs(侵入性或非侵入性BCIs)何时会得到更广泛的应用。“但在在过去几年里，BCI研究已经成为一个热门话题，"他说,"许多实验室和公司都在研究它，但到目前为止它还不可靠。"

Schurger博士对此表示赞同。他对这种炒作提出了警告，但他认为这一领域正在向前发展。"在未来的五到十年里，使用侵入性BCIs将会增加。"

参考

https://techxplore.com/news/2020-12-brain-controlled-reality-major-hurdles.html

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