用意念驅動「腦波火車」 腦機智能技術列中國腦計劃

編輯︰言嘉庸

  利用「意念」操控物體不再是人類的空想,愈來愈多腦波科技產品,如腦電波控制玩具、腦波情緒燈等,出現在我們的生活中。在國家「十三五」科技創新成就展上,腦波火車項目成功吸引眾人目光。

  腦波產品的原理是什麼?腦科學研究已成為各國科技發展必爭的前沿高地,去年9月,醞釀了6年的「中國腦計劃」正式啟動,當中有哪些研究領域值得關注?

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小朋友頭戴便攜腦波儀,用意念開動「腦波火車」。腦波火車採用腦電生物反饋技術,用大腦專注度或放鬆度控制火車運轉。(網上圖片)

「腦波火車」快與慢 與大腦專注度有關

  「腦波火車」也叫「意念火車」,戴上特製腦電波髮帶後,需要高度集中注意力,當注意力達到設定數值後,腦電波轉化成動能,火車模型就會在跑道上奔跑。注意力愈集中,火車前進速度愈快;當注意力下降到設定數值以下,火車就會停止前進。

  據研發「腦波火車」的視友科技負責人介紹,腦波火車採用了腦機接口技術,通過採集和分析大腦思維過程中產生的腦電波訊號,解析出大腦的專注度、放鬆度、焦慮度等訊號,再用這些訊號實現人腦與腦波火車的通訊和控制。

  通過「腦波火車」的運行速度,人們能了解到自己大腦的情緒、專注、緊張等狀態,還能據此按照一定的方法調整,從而達到改善、提高大腦的目標,這是近年來在大腦健康和心理健康領域比較熱門的腦電生物反饋訓練技術。

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2021年10月24日,國家「十三五」科技創新成就展舉行,觀眾在科技創新成就展上體驗「腦波火車」。(圖源:視覺中國)

  腦機接口的技術(Brain-Computer Interface,簡稱BCI),是指在人或動物大腦與電腦等外部設備之間建立直接的連接通路。通過對於腦電訊息的分析解讀,將其進一步轉化為相應的動作,正是用「意念」操控物體的基本原理。

  腦機接口技術是人工智能的下一代技術,被看作人工智能和人類智能相結合的融合智能,主要分為非植入式和植入式兩種技術路徑。

  非植入式腦機接口是在不破壞人體大腦的情況下,比如利用核磁共振、紅外線、腦電等技術,採集大腦中非常細微的腦電變化、訊號變化,然後識別大腦中的訊息。「腦波火車」需要可穿戴設備的輔助,屬於非植入式腦機接口技術。其優點是不需要外科手術的介入就能直接採集和處理訊號,但缺點是訊號微弱、不夠精準。

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2020年8月,馬斯克(Elon Musk)旗下的腦機接口公司 Neuralink展示了最新的可穿戴設備 LINK V0.9 和手術機器人,並通過現場的三隻小豬和實時神經元活動演示,展示了 Neuralink 腦機接口技術的實際應用過程。(圖源:視覺中國)

  而植入式腦機接口是指在大腦中植入電極或晶片,優點是可以精準地監測到大腦單個神經元的放電活動,多用於幫助基本喪失能力的患者實現義肢器械操作。但這種方式會對大腦造成一定的損傷,可能會損傷大腦神經元,且開顱手術也會有感染的風險。

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2022年冬殘奧會火種匯集3月2日在北京天壇公園舉行,不幸失去左臂的火炬手賈紅光就用腦波控制仿生手與現場記者握手,又用仿生手舉起火炬。(網上圖片)

腦機技術成功案例 中國高位截癱病人用「意念」飲可樂

  2020年1月,浙江大學醫學院附屬第二醫院神經外科完成了中國第一例植入式腦機接口臨床研究。參與試驗的72歲志願者張先生,他數年前因車禍導致頸髓重度損傷,雖然大腦功能健全,但四肢完全癱瘓。

  在步進為 0.1 毫米的手術機械人的幫助下,研究人員將 Utah 陣列電極植入張先生控制右側上肢運動的運動神經皮層。手術成功後,張先生能夠用「意念」控制機械手臂,完成喝可樂、吃油條、玩麻雀和握手等一系列動作。

  據悉,這次研究首次證明高齡患者利用植入式腦機接口進行複雜而有效的運動控制可行,有助於肢體癱瘓患者進行運動功能重建,從而提高生活質量,未來也將對輔助運動功能、失能者(喪失自理能力)功能重建、老年機能增強等更多領域有積極影響。

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72歲高位截瘫患者張先生通過「意念」操控機械臂,順利喝到可樂。(網上圖片)

中國腦計劃 聚焦「腦機智能技術」等研究

  腦科學研究目前是各國科技發展必爭的前沿高地,繼歐盟的人類腦計劃、美國的大腦計劃以及日本的腦/思維計劃後,中國也提出了將「腦科學與類腦研究」上升為國家戰略,於2021年9月啟動「中國腦計劃」

  而據科技部網站發佈的科技創新2030「腦科學與類腦研究」重大項目2021年度項目申報指南顯示,研究將圍繞腦認知原理解析、認知障礙相關重大腦疾病發病機理與干預技術、類腦計算與腦機智能技術及應用、兒童青少年腦智發育、技術平台建設5個方面。

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