用意念打字、让阿凡达成真!脑机接口到底有多少花样玩法?


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导语:马斯克的神经网络和Facebook背后的大脑 - 计算机界面的火灾,更多的研究人员“玩”了脑 - 计算机接口技术。

早在2009年阿凡达发布时,主角就用他的思维控制着阿凡达,这无疑是在脑机接口领域控制现实的最佳表现。

7月17日凌晨,“狂人”马斯克宣布,其脑机接口公司Neuralink取得了突破性的新进展。 (人体实验将于明年开始!麝香脑机器接口的一项重大突破使猴子能够利用他们的大脑来控制计算机。)

Mask表示,Neuralink已经使用机器人对动物进行至少19次手术,并成功放置了所谓的“线程”电路,允许动物用大脑控制机器,成功率约为87%。

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▲Neurink显示鼠标连接到头部的USB-C端口,将其想法传输到附近的计算机

随后,7月30日,美国时间,Facebook也公布了其脑 - 计算机接口(BCI)项目的最新研究成果 - 研究人员不需要将芯片植入人类大脑皮层,在AR眼镜A脑计算机系统它的构建可以快速读取人类在大脑中构思的单词和短语。

在实验中,研究人员在一些正在接受癫痫治疗的志愿者的表面放置了一个电极。电极使用称为皮层电图(ECoG)的技术直接从暴露的大脑表面记录大脑皮质。

在志愿者回答测试问题的过程中,研究人员通过信号跟踪大脑的语言和语言区域,并根据人类器官的运动学将信息解码为句子。

研究人员已经证明,系统解码生成和这两种语言感知的准确性分别高达61%和76%。但是,这一结果尚未达到Facebook原计划的目标。该公司希望系统的实时解码速度为每分钟100个单词,词汇量为1000个单词,错误率低于17%。

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▲Facebook脑机接口部分研究数据

但无论如何,这种进展对于由于受伤或神经退行性疾病(如阿尔茨海默病和?源瓷诵阅圆。┒薹ㄕ9低ǖ幕颊叻浅V匾?

自20世纪90年代以来,人们一直在研究如何用想法远程操纵物体。近年来,随着人工智能等各种技术的创新和发展,各种基于脑机接口的研究项目也取得了一些突破。

为了应对脑机接口领域的新发展,美国媒体VentureBeat总结了该领域的四家代表性公司和一项研究项目。他们的脑机接口技术有什么特点?现阶段研究的进展如何?他们与Facebook新的脑机接口技术有什么区别?

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Neuralink:动物已被大脑控制

Neuralink成立于2017年,开发脑 - 计算机接口技术,将人工智能植入人类大脑皮层,以提高人类智能。目前,Neuralink已获得1.58亿美元的融资,其中至少1亿美元来自马斯克。

今年7月,马斯克和他的Neuralink再次开火,他们最新的脑机接口技术引起了很多关注和热烈的讨论。

根据马斯克的说法,Neuralink的新技术使机器人能够对动物大脑进行手术,将灵活的“线”植入动物大脑,这些“线”的直径只有4到6微米。

此外,Neuralink还设计了一款“N1传感器”。它是一个直径约8毫米,高4毫米的圆柱体。它集成了Neuralink的定制芯片,可以读取多达1536个通道的大脑信号。同时,它可以从多达1024个电极获取分辨率为每秒10个字节的样本,这相当于每个通道读取大约200 Mbps的神经数据。

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▲Neuralink的N1传感器

目前,Neuralink已经在小鼠和猴子身上进行了测试,使他们能够通过大脑控制机器,成功率达到87%。马斯克还透露,他们最早将于明年开始对人类进行临床试验。

虽然Neuralink的脑 - 计算机接口是阅读神经元信息的技术和过程中最先进的,但神经网络似乎在可解释性方面几乎没有取得进展。马斯克说,他的目标之一是允许四肢瘫痪患者以每分钟40字的速度打字。

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Paradromics and Kernel:在开发阶段,没有进行任何人体实验

Paradromics是一家位于加利福尼亚州的硅谷创业公司,成立于2015年,致力于开发脑电计接口技术,使患有失明,失聪和瘫痪的患者能够利用该技术重新连接并与外界?怠?

2017年,Paradromics从隶属于美国国防部的研究机构DARPA获得了1800万美元的研究经费。去年,该公司又筹集了700万美元的种子融资。

据了解,该公司已开发出一种名为“神经输入和输出总线(NIOB)”的脑机接口研究终端。 NIOB具有内置的模块化微丝,可连接并刺激多达100万个神经元,记录高达30 Gbps的神经活动。

事实上,NIOB仍处于临床前开发阶段,预计将在2021年或2022年进行人体实验。

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▲Paradromics NIOB

与Paradromics类似,Kernel成立于2016年,开发神经假体技术并在人脑中植入相关设备,以进一步释放人脑智能。

2016年,移动支付公司Braintree的前创始人和CEOBryan Johnson在内核上投入了1亿美元,并从事可植入神经芯片的外科手术。

Kernel表示,在未来,他们的技术将使用AI来模拟,修复和增强人类的认知。此外,该公司最近开始研究非侵入式脑机接口技术。

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Ctrl-labs:通过触摸皮肤进行远程控制

Ctrl-labs成立于2017年,是脑 - 计算机接口控制接口的服务提供商,主要开发AR/VR和机器人的神经接口。

2018年,Ctrl-labs从Alphabet和亚马逊等公司获得了2800万美元的A轮融资。今年2月,该公司再次以Alphabet为首,赢得了第二笔2800万美元的融资。

与开发脑机接口技术的其他公司不同,Ctrl-labs计划通过侵入式方法监测用户手腕上的各种神经元信号,并将这些信号转换为数字信号。

Ctrl-labs开发了一个名为Ctrl-kit的开发平台,该平台配备了可穿戴肌电图(EMG)设备,可通过轻量级皮肤传感器测量和提取清晰的神经元信号,尤其是从大脑到手部肌肉的神经冲动引起的电位变化将人们的思想转化为行动,并通过蓝牙无线传输信息到计算机和智能手机。

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▲Ctrl-kits Ctrl-kit

另外,它可以通过16个电极检测由移动单元的肌纤维放大的运动神经元信号,然后进行测量,然后使用AI算法来区分每个神经的单个脉冲。

值得注意的是,与Ctrl-kit相关联的EMG设备主要受到软件机器学习模型的准确性和皮肤接触的紧密性的限制。

在软件方面,其软件开发套件包括JavaScript,TypeScript工具链和预先构建的演示材料,以便用户更好地了解硬件的功能。

以前,Ctrl-labs显示了一个虚拟键盘,允许用户用手指点击桌面上的输入信息,并将每个手指和关节的位置和动作映射到计算机并输出信息。

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BrainGate:两次临床试验后的受控机器人手臂

BrainGate是由美国生物技术公司Cyberkinetics和布朗大学神经科学系的研究人员开发的脑植入系统,用于帮助那些失去肢体或其他身体功能障碍的患者。

据报道,BrainGate系统由植入大脑的传感器和外部解码器设备组成。其中,传感器采用微电极阵列的形式,结合100个像头发一样的薄电极,可以感知脑神经元的电磁活动和特征;外部解码器设备主要负责连接假体或患者的其他外部部件。宾语。

该系统能够感知大脑特定区域的神经元信号,例如控制手臂运动的大脑区域。传感器将这些信号转换为虚线信号,并将它们发送到外部设备的软件进行解码。解码器连接到外部设备,并可用于通过脑信号控制外部设备,例如机器人手臂,计算机光标和轮椅。

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▲BrainGate临床试验

从2004年到2006年,BrainGate进行了第一次临床试验,结果显示患有四肢瘫痪的患者可以通过思考打开电子邮件,并且可以操作电视和控制计算机光标等设备。

BrainGate的第二次临床试验始于2009年,名为BrainGate2。 2012年,BrainGate发表在期刊《自然》上的研究表明,几年前患有中风的两名患者已经通过了BrainGate。它可以控制机器人手臂伸展和抓取。

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结论:脑机接口领域还有更大的发展空间

对脑机接口技术的研究一直非常复杂和具有挑战性。它不仅需要准确读取神经活动信号,还需要哪些神经元组执行哪些任务,有时还需要硬件限制。当暴露于大脑的多个区域时,界面产生干扰性瘢痕组织。

尽管随着技术的发展,这个问题在某种程度上得到了缓解,但研究人员仍然缺乏对人类某些神经过程的理解。

例如,在大脑区域的前额叶和海马区,它们很少活动和分离,并且它们的活动信号很难确定。与此同时,研究人员尚未在此阶段解决大脑编码问题。来自视觉中心的一些脉冲与人们说话时产生的脉冲不同,有时难以识别信号的起始点。

然而,这些挑战中没有一个能够组织Facebook,Neuralink,Paradromics,Kernel和Ctrl-labs等公司继续在脑机接口领域进行研究和开发。根据Allied Market Research的数据,2020年脑机接口市场将达到14.6亿美元。

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似乎在脑机接口领域仍有很大的发展和成熟空间。我相信随着研究人员的不断研究和开发,未来的脑机接口技术不仅会给患者带来瘫痪或其他运动障碍。方便,这项技术可以传播到普通人的日常生活中,带来变革性的生活体验。

文章参考:VentureBeat,Nature

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