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大脑计算机界面将心理笔迹变成屏幕上的文字

2021年07月29日 沈阳机械设备网

大脑计算机界面将心理笔迹变成屏幕上的文字

科学家们正在探索多种残疾人交流思想的方式。最新,最快的方式可以追溯到表达自我的经典方式:手写。

研究人员第一次破译了与手工书写信件有关的大脑活动中国机械网okmao.com。与瘫痪的参与者大脑中植入了传感器的团队合作,研究小组在尝试写字母时使用了一种算法来识别字母。然后,系统实时在屏幕上显示文本。

这项研究的合著者,斯坦福大学霍华德·休斯医学研究所的研究员克里希纳·谢诺伊(Krishna Shenoy)说,随着进一步的发展,这项创新可能使瘫痪的人无需用手就能快速打字。

通过尝试手写,研究参与者每分钟键入90个字符,是以前用这种“脑机接口”进行键入的记录的两倍多,Shenoy和他的同事在2021年5月12日发表在《自然》杂志上。

加州大学伯克利分校的神经工程师何塞·卡梅纳(Jose Carmena)并未参与这项研究,他说,这项技术和其他类似技术有潜力帮助各种残疾人。他说,尽管研究结果是初步的,但“这是该领域的一大进步。”

卡梅纳说,人机界面将思想转化为行动。“本文是一个完美的例子:界面解码了写作的思想并产生了行动。”

两个微小的植入电极阵列将控制手和手臂的大脑区域的信息传递给一种算法,该算法将其转换为出现在屏幕上的字母。

当受伤或疾病剥夺了人们移动的能力时,大脑的神经活动即会走路,抓着一杯咖啡或说一句话。研究人员可以利用这项活动来帮助瘫痪者或截肢者恢复失去的能力。

需求因残疾的性质而异。有些失去双手的人仍然可以使用带有语音识别功能的计算机和其他软件。对于那些说话困难的人,科学家们正在开发其他方法来帮助人们交流。

近年来,Shenoy的团队对与语音相关的神经活动进行了解码,以期再现语音。他们还为植入传感器的参与者设计了一种方法,可以利用他们与尝试的手臂运动相关的想法在屏幕上移动光标。通过这种方式指向并单击字母,人们可以每分钟输入大约40个字符,这是以前使用大脑计算机接口(BCI)进行输入的速度记录。

但是,没有人看过笔迹。Shenoy研究小组的神经科学家Frank Willett想知道是否有可能利用笔放在纸上来激发大脑信号。他说:“我们想找到让人们更快沟通的新方法。” 有机会尝试不同的东西也激励了他。

该团队与一名参加名为BrainGate2的临床试验的参与者合作,该实验正在测试BCI的安全性,这些BCI可以将信息直接从参与者的大脑中继到计算机。(该试验的负责人是布朗大学麻省总医院和普罗维登斯医学中心的神经科医生和神经科学家Leigh Hochberg。)

亨德森将两个微小的传感器植入到控制手和手臂的大脑部分,从而为例如,该人试图通过尝试移动自己瘫痪的手臂来在屏幕上移动机械臂或光标。

如参与者想象的那样写一个字母或符号,植入他大脑的传感器会拾取电活动的模式,算法会解释该模式来追踪他的假想笔的路径。

该参与者在研究时年仅65岁,患有脊髓损伤,使他的脖子向下瘫痪。当该人想象写作时,使用信号从单个神经元中拾取的信号,机器学习算法识别出他的大脑随每个字母产生的模式。借助该系统,该人可以以与年龄相同的人在智能手机上打字的速度相似的方式复制句子并回答问题。

Willett说,这种所谓的“ Brain-to-Text” BCI之所以如此快,是因为每个字母都会引发高度不同的活动模式,从而使算法相对容易地将一个人与另一个人区分开。

新系统

Shenoy的团队设想将尝试手写输入文本作为更全面的系统的一部分,该系统还包括点击导航,类似于当前智能手??机上使用的导航,甚至尝试语音解码。他说:“拥有这两种或三种模式并在它们之间切换是我们自然要做的事情。”

接下来,Shenoy说,该团队打算与无法说话的参与者合作,例如患有肌萎缩性侧索硬化症的人,这是一种退化性神经系统疾病,会导致行动和言语丧失。

亨德森补充说,新系统可能会帮助那些因多种疾病而瘫痪的人。其中包括脑干中风,这使《潜水钟与蝴蝶》一书的作者让-多米尼克·鲍比(Jean-Dominique Bauby)感到痛苦。亨德森说:“他能够通过一次眼神的动作,一次又一次地精心挑选人物来写这本动人而美丽的书。” “想象一下他用弗兰克的手写界面可以做什么!”