腦機介面科普

2021-10-14 15:45:56 字數 3210 閱讀 1507

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每寫一篇文章都是對自己知識的梳理,這也是我初衷的所在。當然在對所講述的知識時,我也是盡可能的用淺白的話語闡述清晰,這也為很多同學掃盲了很多知識點吧,至少在我認為是這樣的,我也希望如此。有些人會覺得這些內容很基礎,其實萬丈高樓平地起,是需要紮實的基石的,不要看不起每個知識點,也不要忽略每乙個不起眼的知識,就好像讀萬卷書,這裡的萬卷書也是包括「好書」和「壞書」的,不論什麼樣的書都得看,你才能分辨哪些是「好」與「壞」。今天,我們要談到的內容是,我在我的朋友圈看到的一條動態(如圖),我雖然簡答了一點,不過我還是覺得,我們可以來仔細談談這些問題,它們會非常受用。

圖中的問題,在知乎上也是有很多類似的提問,也會有很多不了解的人產生的一些焦慮。

1、腦電波是什麼?

通常我們認為的腦電波是electroencephalogram,簡稱eeg。它是大腦在活動時,大量神經元同步發生的突觸後電位經總和後形成的。它記錄大腦活動時的電位變化,是腦神經細胞的電生理活動在大腦皮層或頭皮表面的總體反映。

在人活著的狀態下,腦細胞是無時無刻在進行自發性、 節律性、 綜合性的電活動變化, 將這種電活動的電位作為縱軸, 時間為橫軸, 記錄下來的電位與時間相互關係的平面圖 即為腦電圖( electroencephalograph, eeg)。

lfp:場電位,入侵式的,記錄低頻訊號,認為是在一定範圍內的電極針的電訊號總和。

spikes:鋒電位,入侵式的,高頻訊號

ecog:顱內電位,入侵式的,區域性皮層訊號,可參考皮層腦電圖(ecog)

2、腦電波控制是什麼?

這裡個人理解的控制就應該是指腦機介面了,那麼腦機介面是什麼呢?

我在很早之前就介紹過腦機介面的定義了,這裡簡要闡述一下。腦機介面(bci)也稱為腦機介面(bmi)或神經介面,是一種在大腦與外部裝置之間建立直接通訊的系統。具體內容可參考腦機介面的簡介

3、腦電波讀心術是什麼?

這裡的「讀心術」,我認為是一種資料訊號的提取,提取的是腦電波訊號的特徵,然後根據特徵訊號來判斷這個人的當時所處的狀態。在我所培訓的過程中,基本上會提到腦電中的節律訊號,這類訊號是在特定的狀態下有規律的產生的。

我們所採集下來的腦電波訊號是一種混合訊號,它會由多種不同規律的訊號組合而成(如下圖),在特定狀態下,某個頻率的波形訊號會更明顯,這也能說明當時這個人的狀態是怎樣的。

4、腦電波意念控制是什麼?

這個問題應該是基於第二個問題上的,應該是說,腦機介面它是如何實現的,怎麼樣通過大腦所想控制某個物體。在腦機介面的實現過程中,不僅僅只有腦電技術,還有諸如通過血流訊號、肌電訊號等也能來實現。這裡引用我之前寫過的文章《使用腦電裝置實現bci腦機介面的運用》裡的圖,來解釋實現的過程,一目了然。

首先,通過專用裝置,採集到人腦中的腦電波(eeg),通過對訊號特徵的提取,將其轉化為控制命令,然後來控制某個物體的運動,同時呢,該運動的裝置會給予某種反饋給到人腦。

在這裡,我們來延伸一下,腦機介面的實現,我們除了意念控制外,還能有哪些用處?

腦機介面商業化的推動,可以說馬斯克這個人做了很大的工作,但是,我們也要警惕的是入侵式的腦電技術,對於正常人來說,可能還需要發展很多年。在這裡,我們就來談談,基於bci做認知**和神經**的前景。

在上面實現圖中最後一步時反饋,這個反饋在很大程度上就是神經認知的反饋,這個反饋是什麼,是我們大腦發出的訊號所獲得的神經反饋,比如,生物電反饋(心跳、呼吸、脈搏等),當我們在緊張或者是放鬆時,我們所獲得的這些反饋就是不一樣的。在大腦中,也是類似的結果。基於此,如果我們用神經認知反饋,那麼我們能不能用來訓練腦功能**呢,顯然,這是可行的,大腦控制著我們很多方面(記憶、注意力、運動等),主要可用於以下方面,它將是有益的。

1、運動**

由於中風或脊髓損傷而遭受運動障礙的這類人,我們可以通過採集患者嘗試使癱瘓的肢體運動的腦電波訊號,將運動意圖從eeg活動中解碼出來,並轉換為用於促進運動系統的控制命令(第三方裝置可以使用外骨骼機械人)。

2、認知**和增強

雖然運動功能的改善是運動障礙患者的主要目標,但認知能力的改善對有或沒有任何特定腦疾病的人來說都是很受益的。基於神經技術的認知反饋就可以幫助到某些精神病和心理疾病(adhd、抑鬱症等)還有一些正常人想要的正念認知行為(注意力等)。

5、怎麼完全不被腦電波控制?

這個問題有點感覺是懼怕腦電波的控制。首先,我確信它一點也不可怕,並有點可愛。對它的更深的理解,將有助於解碼更多的大腦黑箱。但同時,我們也要注意到控制的倫理問題,我想這才是問題的所在吧。發表在nature雜誌上的文章《four ethical priorities for neurotechnologies and ai》談到這些技術的四個問題。

1、privacy and consent隱私權和同意

就我所了解的腦科學實驗中,每個實驗理應簽署同意和隱私權,以保證資料不會被用於商業性的宣傳等。

2、agency and identity身份認同

在本文談到實驗過程中,有些人通過植入大腦的電極受到深腦刺激,實驗後的過程他們感覺到不適應的認同感。

3、augmentation增加耐受性

如果人們的身體或大腦運作方式與大多數人不同,那麼他們經常會遭遇偏見。採用加強神經技術,例如那些使人們能夠從根本上提高其耐力或感官或心理能力的技術,可能會改變社會規範。

4、**bias.**偏見

受試者群體的偏見。

最後,我相信未來的腦機介面的技術會更加完善,應用的產品會更多。對臨床和社會都會有很大的益處。

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