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“意念”打字成现实,“脑语者”芯片获突破

“后来,当我得知天津医院使用脑-机接口技术帮助病人康复时,我报名参加了。我每周去医院三次,每次一小时的康复训练。”汪洋非常高兴,“现在我已经改善了我的上肢和下肢,对我的康复充满信心。”天津医院康复科主任医师李奇说:“从今年7月开始,我们已经正式将脑-机接口技术应用于中风患者康复治疗的临床实验。”。该医院已接收21名患者,治疗效果显着提高。

"这种治疗不仅可以提高患者的主动性,而且可以在患者受损的中枢神经中形成反馈,刺激大脑重塑或补偿,从而提高康复效果。"李奇补充道。

利用脑-机接口技术实现医疗康复正在改变人们的生活。

早在1924年,德国精神病学家汉斯伯杰发现,33,354人的脑电波可以转换成电子信号进行阅读。从那时起,脑-机接口技术研究开始出现,但直到20世纪70年代,这项技术才真正开始成形。

1969年,研究员埃伯哈德菲茨将猴子大脑中的一个神经元连接到仪表板上。当神经元被触发时,仪表板上的指针会转动。

在实验中,如果猴子通过某种思维方式触发神经元,并转动仪表板上的指针,它会得到一个香蕉味的球作为奖励。

渐渐地,猴子越来越擅长这个游戏,为了吃球。它学会了控制神经元的触发。偶尔,猴子会成为第一批真正的脑-机接口对象。

1978年,视觉脑-机接口领域的先驱威廉多贝尔(William Dobelle)将68个电极阵列植入盲人的视皮层,并成功创造了视错觉。

脑-机接口系统包括摄像机、信号处理装置和驱动皮层刺激电极。植入后,患者可以在有限的视野内看到灰度调制的低分辨率和低刷新率点阵图像。

20世纪90年代末,脑-机接口技术迎来了一个发展的高潮。其应用效果迅速扩大,在许多领域显示出广阔的前景。

其中,在神经康复或辅助医学领域,脑-机接口技术在脑外伤、肢体残疾、神经疾病等患者的康复和功能重建中发挥着重要作用。

奥地利格拉茨科技大学(Graz U niversity of Science and Technology)利用脑-机接口控制电刺激,帮助手瘫患者完成一系列动作,如抓杯子、举起杯子、往嘴里倒水,这被认为是脑-机接口在残疾人应用中的里程碑事件。

在2014年国际足联世界杯足球赛的开幕式上,一名腰部以下完全瘫痪的少年通过脑-机接口技术控制下肢外骨骼完成了开球表演,由于长期的虚拟训练和外骨骼技术的发展,这在全世界引起了轰动。

在中国,天津大学神经工程团队于2014年成功开发出第一套适用于全肢体中风康复的人工神经机器人系统“沈工1”。

结合了运动想象脑-机接口技术和体育锻炼康复疗法。系统仿生在中风患者体外构建人工神经通路。在模拟和解码患者的运动康复心理信息后,进一步驱动多级神经肌肉电刺激技术产生相应的动作。在进行康复训练时,该系统可以促进患者受损大脑区域的功能恢复,修复和重建体内神经通路的可塑性团队科研人员介绍。

“沈工一号”自2014年问世以来,一直在不断重复发展。现在“沈工三号”已经研制出来了。技术正在逐渐成熟,技术也在日益提高。

目前,这项技术已经在天津和山东的许多3A医院进行了临床试验,为成千上万的病人带来了新的治疗方法。

展望“神圣作品”系列的未来,我们的目标是将“神圣作品”设计成体积更小的可穿戴便携式设备,”研究人员说。“这不仅会帮助病人

大脑控制的战斗机,大脑控制的装甲车.未来,武器装备可以实现“随心所欲”的智能操作,感知就是决策,决策就是打击,从而大大提高装备的打击效率。这可能引发武器装备控制模式的革命。

不仅如此,脑-机接口技术在教育、游戏、智能通信等领域都有潜在的应用。布伦特科公司为教育行业开发了一系列“聚焦”头环,以监控人们的注意力。"脑-机接口技术可以帮助学生提高学习效率和注意力."美国硅谷教育机器人公司萝卜的创始人兼首席执行官张尧说。

该技术还实现了对电子游戏的“思想”控制,为电子游戏增加了新的娱乐功能。与传统的鼠标键盘控制的电子游戏相比,游戏的娱乐效果明显提高。

此外,佛罗里达大学开发的脑控无人机技术正逐步应用于电子体育产业等。

在科学研究领域,世界各国都增加了对脑-机接口技术的研究。

在过去十年中,美国在脑-机接口领域发表的论文总数中排名第一,而中国排名第二。

“脑语者”芯片突破

2019,天津大学和中国电子信息产业集团共同开发了一款高度集成的脑-机交互芯片“脑语者”,这是一款具有完全自主知识产权的国产芯片。"“头脑风暴”可以应用于特殊医学、康复医学、大脑认知、神经反馈、信号处理等领域."研究人员介绍说。天津大学医学工程与转化医学研究所的一名相关负责人说:“该芯片可以识别头皮脑电图中极其微弱的神经信息,并有效地计算和解码用户的操作说明。”。这将大大提高脑机之间的交流效率,满足日常交流的需要,使脑机交互设备真正成为用户的“第三只手”

“‘头脑风暴者’有望为脑-机交互技术的民用化、便携化、可穿戴化和易用化开辟道路。”负责人说。

据了解,“脑语者”芯片采用高度集成的脑-机交互芯片架构,支持多通道神经信息收集、处理和交互。"该芯片实现了快速通讯、精确识别、高指令等目的."研究人员告诉记者。

根据脑-机交互的特殊需求,“该芯片还提供脑电图编码接口、采集传输接口、解码专用速度设备等定制模块”,研究人员称,“这形成了一套完整的嵌入式脑-机接口开发平台。”

目前仍然存在技术瓶颈。

专家说脑-机接口技术将经历三个发展阶段:脑-机接口、脑-机交互和脑-机融合。“目前,脑-机接口技术正经历着从第一阶段向第二阶段的过渡,”该专家说,并补充说,仍然存在四个技术瓶颈:传感精度低、集成计算效率低、编码和解码能力弱以及缺乏相互适应的手段。

面对这些问题,天津大学的专家们提出,应在基本原理和关键技术、系统集成和主要应用方面取得突破。

具体而言,应推动脑机感知、脑机编解码、脑机互适等关键技术环节的理论创新和技术突破。

“为了开发更稳定、更便携的检测电极和更精确的传感方法,我们还需要开发更深入、更全面和更精确的大脑读取技术。”天津大学的专家介绍说。

他补充说,有必要加强脑机接口专用计算机芯片的研发投资,实现高度集成、便携、简单的脑机接口系统。

穿上安全的“防护服”

未来的脑-机接口技术将从目前单向的脑-机接口发展而来

“脑-机接口技术的使用应该首先遵循知情同意的原则,”专家建议,“这项技术的使用必须对人有益,不允许对他人和社会造成伤害。”

此外,在使用过程中应遵循自主原则。

以应用于治疗的脑-机技术为例。在任何治疗过程中,病人的自主权都应该得到尊重。患者决定是否治疗、采取什么治疗措施以及何时终止治疗。“读脑”的内容和时间应该明确界定,“读脑”必须用于治疗目的天津大学专家告诉记者。“脑控制”是一种恢复脑功能和刺激脑发育的治疗措施,“只有“脑控制”才允许用于明确的临床目的,治疗时间、内容和方法必须严格限制。”专家补充道。

发帖人:《新华每日电讯》年12月23日调查与观察

作者:记者翟永冠、宋瑞返回搜狐查看更多