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来自卡内基梅隆大学与明尼苏达大（dà）学的研究人员（yuán）日前利（lì）用无（wú）创的脑（nǎo）机接口（BCI）技术，成（chéng）功开发出第一款由大脑控制的机器人手臂，具有连续跟踪计算机光标的能力。该成果发表在 Science Robotics上。
仅依靠大脑意（yì）识实现无创控制机器人装置，将具（jù）有巨大的应用潜（qián）力，尤其是将改变瘫（tān）痪患（huàn）者和运（yùn）动障（zhàng）碍患者的生活。
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图 | 无创（chuàng）脑（nǎo）机接口（来源：Science Robotics）
无创脑机接口是最终目（mù）标
在科幻作品中，意念控制的实现（xiàn）可以顺手拈来、轻而易举。而在现实世界中，其（qí）背后（hòu）支持性的（de）技术——脑机接口技术也已有（yǒu）近百年的历史。
一直（zhí）以来，科学家们希望（wàng）能够（gòu）在（zài）脑机接（jiē）口领域实现科学研究与（yǔ）应用技术的突破，为许多当前（qián）仍无法解答的难题提供更好的探索工具，帮助（zhù）人类进一（yī）步了解（jiě）自己的（de）大脑，预防、诊断、治疗脑部（bù）疾病，并将（jiāng）这一技术广泛应（yīng）用于睡眠管（guǎn）理、智能生活和残疾（jí）人康复（fù）等领域。
如今（jīn），脑机接口技（jì）术已（yǐ）经被证明能够很（hěn）好地利用大脑植（zhí）入物的（de）信号（hào）来（lái）控制（zhì）机器人设备。当机器人设备可（kě）以被（bèi）高精度（dù）控制时（shí），它（tā）们可以用来（lái）完成各（gè）种日常任务。
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（来源：Carnegie Mellon University）
然而，到目（mù）前为止，那些脑机接口成功地控制机（jī）械手臂的研（yán）究，都使用了侵入性的大脑植入物。这些植入物需（xū）要大量的医学和外（wài）科专业知识才能正确安装和操作，更不用说成本和对受试者（zhě）的潜在风险。因此，它们（men）的应用仅限于少（shǎo）数临床病例（lì）。
另一（yī）方面，使用（yòng）非侵入（rù）性外部传感还（hái）存在诸（zhū）多问（wèn）题，如脑机接口设（shè）备接收的信号“更杂”，导致信号分辨率较低和更（gèng）不精确的控制。开（kāi）发侵入性（xìng）较（jiào）小甚至完全无创的脑机接口技（jì）术，使瘫痪患者（zhě）能够（gòu）利用自己的“思（sī）想”控（kòng）制机器人肢体，是脑机接口领域的（de）一大挑战。这（zhè）种（zhǒng）非侵入性脑机接口技术如果成功，将（jiāng）会给许多（duō）患者（zhě）甚至普通人带来（lái）巨（jù）大的改变（biàn）。
卡内基梅隆大学生物医学工程系主任贺斌表示，使用脑部植入物的大（dà）脑控（kòng）制机（jī）器人设备（bèi）已（yǐ）经取得了重大进展，这是一门（mén）出（chū）色的科学。但非侵入性是最终目标，神经解码的进步和无创机器人手臂控制的（de）实用性将对非侵（qīn）入（rù）性神经机器人的最终发展产生重大（dà）影响。
无创大脑控制机器人手臂（bì）
在最新发表的这篇论（lùn）文中，贺斌和同事在开发低侵入性或非侵（qīn）入性的脑（nǎo）机接口技术方向（xiàng）取得突破（pò）性进展。他们利用新颖的传感和机器（qì）学习（xí）技术（shù），通过无创神经成像（xiàng）和一种新的（de）连续追踪范式，克服了嘈（cáo）杂的脑电图信号（hào），显著改善基于脑电图的（de）神经解码（mǎ），从（cóng）而实现实（shí）时连续的机器人设备控制。
利（lì）用非侵（qīn）入性脑机接口技（jì）术，研（yán）究人员首次在人类受试（shì）者身上，成（chéng）功实现控制机器人手臂连续跟踪计算机屏幕上（shàng）的光标。在这（zhè）之（zhī）前，由（yóu）人类非侵入性控（kòng）制的机（jī）械手臂会跟随移动的光标做（zuò）出不稳定、不连（lián）续的动作（zuò），而现在（zài），手臂（bì）会沿（yán）着平滑、连续的路径跟随（suí）光（guāng）标。
研究团（tuán）队还建立了一个新（xīn）的（de）框（kuàng）架，通（tōng）过增（zēng）加用户参与和训练（liàn）以及脑电信号（hào）源成像无创神经数据的空（kōng）间（jiān）分辨率，解决和（hé）改进脑机接口（kǒu）的“大（dà）脑”和“计算机”组（zǔ）件。研（yán）究（jiū）结（jié）果表明（míng），该（gāi）团队解决这一问题的（de）独特（tè）方法（fǎ）不仅将（jiāng） BCI 学习提高近 60%，还将计算机光标（biāo）的连续跟踪能力提高了 500% 以上。
这项（xiàng）技（jì）术还可以通（tōng）过提供安全（quán）的、非（fēi）侵入性的“意识控制”设备来帮助各种各样（yàng）的人，这些设备（bèi）可以让人（rén）们与环境互（hù）动（dòng）并控制他们的（de）环境。
到（dào）目（mù）前为止，这项技术已（yǐ）经在（zài） 68 名（míng）身体健全（quán）的人类（lèi）受试者中（zhōng）进行了测（cè）试（shì）(每个受试（shì）者最多进行 10 次测试)，包括虚（xū）拟（nǐ）设备控制和用于持续追踪（zōng）的机械手（shǒu）控制。接（jiē）下（xià）来（lái），研（yán）究小组还（hái）计划在患（huàn）者（zhě）身上进行相关的临（lín）床试验。
“尽管使用（yòng）非（fēi）侵入性（xìng）信号存在技术挑战，但我们完全（quán）致力于将（jiāng）这（zhè）种安全和经济的技术（shù）带给可（kě）以从中受益的人，”贺斌（bīn）说。“这项工作（zuò）代表（biǎo）了（le）无创脑机（jī）接口的重要（yào）一步，这项技术有朝一日可能成为（wéi）帮助每个人的普遍辅助技术（shù）。”
