脑机接口:它们是什么以及它们如何工作?

想象一下,如果您可以单独使用您的思想来控制机器人或玩电子游戏。这听起来像科幻小说,但这正是脑机接口 (BMI) 已经被用于的目的。随着从娱乐到医学的应用,BMI 将改变我们所知的技术世界。但它们究竟是什么?它们是如何工作的?

本文将涵盖有关脑机接口的所有内容,包括当前示例、它们的工作方式以及未来 BMI 的用途。

什么是脑机接口?

脑机接口 (BMI),也称为脑机接口,是连接大脑和外部设备的设备。它们可以读取人类大脑活动并将该信息直接传达给计算机系统。例如,BMI 可以帮助患者控制机器人假肢。或者,它可以使用户仅使用他们的想法就可以在文字处理器中打字。

BMI 可以是侵入性的或非侵入性的。侵入性 BMI 需要手术,通常需要将电极直接放置在头皮下,以更准确地传达大脑信号。另一方面,非侵入性 BMI 无需手术即可戴在头上,并读取您大脑的电活动。缺点是这种活动的大部分都受到头骨的抑制,因此非侵入性 BMI 通常不那么强大。

脑机接口如何工作?

当我们思考时,我们的大脑会产生通过脑细胞(称为神经元)发送的电信号。这些电信号可以被医疗设备接收和解释,事实上,这几十年来一直被用来诊断大脑状况。

执行此操作的两种方法称为脑电图 (EEG) 和肌电图 (EMG)。 EEG 解释来自大脑的电信号,而 EMG 解释来自肌肉的这些信号。

为了诊断大脑状况,将 EEG 和 EMG 读数与“正常”大脑活动进行比较,疾病状态会在大脑的电活动中产生特定模式。然而,现在我们能够走得更远。

最近的进展意味着我们可以从大脑活动中收集更多信息,包括情绪状态、您将要执行的动作或动作,甚至是特定的想法。

机器学习算法可以确定这些特定状态的“外观”(就它们的电活动而言)。这些算法从受控实验中获得大量 EEG 和 EMG 数据,并发现大脑活动的模式。然后实时监控和分析大脑活动,以确定特定的心理状态或行为(例如“向左移动”)。

当前 BMI 示例

目前有几个 BMI 的例子,其中许多彼此大不相同。由于 BMI 具有如此巨大的潜力,因此许多正在完全不同的领域同时进行设计。一些 BMI 主要用于医疗目的,使残疾人能够再次行走,或在不使用手的情况下控制设备。其他的则是为游戏和休闲活动而设计的。

人工耳蜗

当提到 BMI 时,很多人不会考虑人工耳蜗,但它们实际上是最早将用户的大脑与机器连接起来的技术之一。它们的工作原理是为耳聋或近耳聋的人提供声音感。植入物通过手术放置在用户的皮肤下,利用麦克风拾取周围的声音,然后通过电脉冲将声音增强并传输到用户的大脑。

沉思

Muse是一种“感应头带”,可以检测佩戴者的情绪状态。这家初创公司有专注于员工健康的计划。员工佩戴头带,可以根据头带的反馈管理他们的压力水平和工作效率。

无人机控制

早在 2015 年,佛罗里达大学的研究人员就开发出一种 BMI 头带,可以让用户仅凭意念就能定向控制无人机。

可神经

2017 年, Neurable发布了一款概念验证游戏,这是一款 BMI 控制的密室逃脱游戏。玩家戴上 VR 耳机,只用他们的思想逃离房间。 Neurable 计划开发产品,使您能够通过意念控制智能手机(例如,跳过或暂停歌曲)。

Elon Musk 的著名公司Neuralink就是侵入性 BMI 的一个例子。 Neuralink 使用手术植入的“线程”,旨在通过超高带宽的方式将大脑连接到计算机。 Neuralink 的最终目标是帮助人类超越传统的人工智能系统。 Neuralink 已经在一个猴子病人身上进行了测试(著名的),猴子能够纯粹通过思考打乒乓球

当前正在开发的 BMI 的其他示例包括 Kernel、NextMind、Neurosity 和 Nectome。

未来 BMI 将用于什么?

BMI 的一种应用是向用户提供有关其心理状态的反馈。例如,BMI 可以检测到高度的困倦或注意力不集中,并在高风险环境(例如驾驶或使用危险机械)中发出警告。 BMI 还可用于调节情绪甚至减轻疼痛,这对军队有多种潜在用途。

BMI在医学上也有许多潜在的应用。例如,它们可用于截肢者控制先进的假肢或治疗神经系统疾病,如阿尔茨海默病或帕金森病。

在消费领域,BMI 可用于无数事物。用户可以用意念控制他们的智能家居,打开和关闭灯,切换频道,甚至根据他们的心情自动生成播放列表。毫无疑问,在虚拟现实和其他游戏中,BMI 将有巨大的空间,在这些游戏中,使用控制器是完全沉浸的最终障碍之一。

BMI:精神控制

脑机接口无疑会在未来出现,或多或少就像科幻电影中描绘的那样。事实上,许多已经在商业上可用,它们具有可以远远扩展人类大脑的能力。有一天,您将不再需要按下按钮或键入命令。你将能够走进你的房子,打开和关闭灯,在虚拟现实中玩游戏,根本不用你的手。