脑机接口

2021-03-29 10:04悠扬
青少年科技博览(中学版) 2021年1期
关键词:开颅脑机电极

悠扬

打字是人们常用的技能,但这事儿有时让人觉得麻烦。例如,为了写出本文,我这会儿就得在键盘上敲击几千次。每当码字码得十指抽筋,我总会想:要是能把脑子里的想法直接输入到计算机里就好了。

其实,有一种黑科技能让“打字不用手”的美梦成真,这就是脑机接口。原理就是让计算机通过电极来收集脑电信号或者向大脑释放电刺激,以此实现脑机之间的直接交流。脑机接口有两种,侵入式和非侵入式,就让我们分别看看它们的神奇之处吧。

有创伤的侵入式脑机接口

侵入式脑机接口,就是将电极直接植入到大脑中。犹他阵列电极有1元硬币那么大,通过上面排布的100根针状电极与大脑直接接触来采集脑电信号。安装犹他阵列电极需要开颅手术,并且它的材料十分坚硬,会对大脑造成损伤。所以,愿意参与侵入式脑机接口实验的志愿者不好找。曾经就有个研究人员因为找不到志愿者,只好給自己开颅安装电极,这让他一度失去了说话的能力。

一般参与这个实验的志愿者都是重度瘫痪患者。美国斯坦福大学的研究人员曾招募过一名志愿者,他在十多年前因为不慎跌倒而导致脖子以下失去知觉。研究人员为他设计了一套侵入式脑机接口设备。

设备一端连接植入他脑中的电极,另一端则连在计算机上。志愿者可以通过意念控制光标点击计算机屏幕上的键盘,以此来实现打字。

看到这里,很多人可能心生怯意:为了不用手打字还要做开颅手术?别担心,美国的一家科技公司正在研发一种微创植入电极的方法:通过一台手术机器人能将细如毫发的电极植入到大脑中,整个过程能精确地避开脑部血管。手术仅用1个小时左右,术后当天就能出院。这种手术已经在几只猪的身上得到成功实施,它们现在都活得挺好,看来确实挺安全。

无创伤的非侵入式脑机接口

如果你对微创手术还是有点害怕,那也不要紧。我国研究人员正在研究一种不用做手术的脑机接口,这就是非侵入式脑机接口。这种脑机连接方式不需要大脑与电极直接接触,电极会贴在人的头上,隔着颅骨采集脑电信号。

一开始,研发非侵入式脑机接口也是为了帮助瘫痪患者更好地和他人交流。由于不用动手术,所以很多身体健康的人也愿意尝试。北京举办过一个利用非侵入式脑机接口进行打字的比赛,一共有2000多人次参加初赛,最后有40名选手入围决赛。其中成绩最好的一名选手试用了最先进的脑机接口设备,最后她的测试成绩为每分钟691.55比特,相当于每0.4秒打出一个字母。要知道一般人用手机打字,速度也就每分钟600比特左右。怎么样?想不想试试自己用意念打字?

脑机接口还有大用途

当然,你可不要以为科学家花了这么多精力研究脑机接口,就只是为了帮你实现不用手打字,其实利用脑机接口还能做很多事。

美国凯斯西储大学的研究人员通过脑机接口技术帮助高位截瘫的人恢复运动功能。瘫痪的原因通常是大脑与身体之间的神经连接被破坏了,这使得大脑的信号无法传递给身体。研究人员先使用脑机接口获取大脑中产生的信号,然后向患者的手臂肌肉输入相应的电刺激,这样患者就能完成像喝水这样简单的动作了。

脑机接口还能帮助我们提高学习能力。美国匹兹堡大学的研究人员发现,刺激人的迷走神经可以提高语言学习效率。他们发明了一种类似耳机的设备,使用时放在耳朵上。在学习的过程中,它会不断释放微弱电流来刺激人的迷走神经。结果表明,这种设备可以让人的语言学习效率提高近1倍。

脑机接口的未来就是实现大脑与万物互联,它的应用领域将会非常广泛。你不妨开下脑洞,想想除了上述这些事儿,脑机接口还能用来做点啥。

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