本文转载自雷锋网如需转载，请在雷锋网官网申请授权。如何拓宽“脑机接口”的脑洞？前段时间，科技狂人ElonMusk现场展示了Neuralink的最新进展，带着他的三只小猪冲上了热搜。有人说，这是尖端科技，新时代即将开启；还有人说这就是霍金说的外星人，而马斯克只是贾跃亭的高配版。其实，在接二连三的表扬和批评声中，孩子们心里有很多问号，比如：植入后如何充电？数据中断怎么办？又如：更换或损坏维修时是否必须重新取出？可见，很多人关注的重点是脑机接口产品与大脑的关系是否稳定，这也是该领域研究人员一直想做的突破。就在最近，加州大学旧金山分校(UCSF)威尔神经科学研究所的一组科学家证明，瘫痪患者通过大脑活动控制计算机光标的过程可以通过机器学习完成，无需大量再培训。UCSF将其描述为：第一个在瘫痪患者身上演示的“即插即用”脑机接口。看来脑机接口真的可以“即插即用”了。脑机接口“即插即用”该研究于2020年9月7日发表于知名学术期刊《自然生物技术》，题为Plug-and-playcontrolofabrain-computerinterfacethroughneuralmapstabilization(neuralmap-based稳定的BCI即插即用控制）。关于借助脑机接口恢复瘫痪患者运动能力和恢复神经系统疾病患者发声能力的报道较多，但阻碍脑机接口实际应用的一大局限是可靠性。想象一个每天都必须重新配置和校准的产品，无法进入大脑的自然学习过程，就像一个人在他的余生中每次骑自行车都必须从头开始学习。为此，研究团队的目标很明确：开发一种无需重新校准即可保持产品性能的脑机接口技术。ECoG电极阵列的长期植入上图为ECoG电极阵列。ECoG的全称是electrocorticogram，指的是“皮层电图”，即颅内脑电图扫描。这是一种植入电极并将电极直接放置在大脑暴露表面以记录来自大脑皮层的电信号的侵入性方法，它可用于手术和术外设置。ECoG阵列由一个电极组成，大小与便签纸一样大，在手术期间放置在患者大脑表面。ECoG电极阵列可实现长期、稳定的神经活动记录，并已获准用于癫痫患者的癫痫发作监测。据UCSF官方介绍，此前的脑机接口技术采用的是“针状电极阵列”，可以穿透脑组织，获取更敏感的记录。但这是不利的：信号往往会随着时间的推移而改变或丢失。当电极穿透脑组织时，免疫系统会拒绝它们。可以说，ECoG阵列的长期稳定性虽然不如传统植入物敏感，但似乎可以弥补这一点。在这项研究中，该团队长期将128个慢性脑电图(ECoG)植入瘫痪患者的大脑中，以稳定监测信号。据悉，研究团队此前已获得在瘫痪患者大脑中长期植入ECoG阵列的研究设备批准。这种方法也在测试ECoG阵列作为长期、稳定的脑机接口植入物是否安全有效。基于植入的ECoG阵列，研究人员试图让瘫痪患者控制假肢和自己的手。结果：患者可以在植入物的帮助下控制屏幕上的光标。大脑和机器学习系统的“搭档”此外，该团队还开发了一种脑机接口算法，利用机器学习将ECoG电极记录的大脑活动与用户预期的光标移动相匹配。最初，研究人员遵循每天重置算法的标准做法，让患者看着屏幕上移动的光标，想象他们的脖子和手腕会做出的动作。随着时间的推移，计算机算法会自我更新，光标移动与由此产生的大脑活动相匹配。值得一提的是，大脑信号和机器学习增强算法之间的持续相互作用并没有在很长一段时间内降低性能。据加州大学旧金山分校介绍，在没有再训练的44天里，脑机接口的性能没有下降，即使几天没有练习，患者也保持了以前的表现。这背后的基本原理是长期闭环解码器可以自适应，解码器权重可以在多天的多个会话中进行，从而实现神经映射的合并和所谓的“即插即用”（最初文本是即插即用的）。不仅如此，控制特性（指长期维度叠加）也会增加。随着时间的推移，患者的大脑能够放大有效推动人工界面通过ECoG阵列以消除低效信号的神经活动模式，就像大脑学习复杂任务一样。不难看出，研究团队通过稳定的信号监测，随着时间的推移，在大脑和机器学习系统之间建立了稳定的“伙伴关系”。因此，研究团队表示：设计出一种不会被手脚束缚的技术，切实改善瘫痪患者的日常生活，是我们一直希望看到的。实验数据表明，基于ECoG的脑机接口可能是此类技术的基础。通过利用ECoG接口的稳定性和神经可塑性，我们为脑机接口的可靠和稳定控制提供了一个想法。以前从未在瘫痪患者身上尝试过让人工学习系统适应大脑复杂的长期学习模式。在未来的研究方向方面，该论文的合著者、威尔神经科学研究所神经病学副教授KaruneshGanguly博士说：我们下一阶段研究的一个关键目标是探索ECoG阵列用于更复杂的机器人系统，包括假肢。长期控制。关于作者如上所述，这项研究来自加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所。在威尔神经科学研究所的官网首页，有一个醒目的标语：努力解决与人脑相关的问题，减少神经和精神疾病的痛苦。该研究所分为三个部门：神经病学、精神病学和神经外科，同时专注于患者护理和相关研究。该项目是神经科学研究生项目，是一个跨学科联盟，由UCSF17个基础科学和临床部门的近100名教员组成。加州大学旧金山分校神经退行性疾病研究所是一个多学科研究中心，致力于寻找阿尔茨海默病、额颞叶痴呆、帕金森病和其他神经退行性疾病的有效治疗方法。其中，威尔神经科学研究所神经学副教授KaruneshGanguly博士也参与了这项研究。KaruneshGanguly博士拥有斯坦福大学的化学学士学位和加州大学圣地亚哥分校的神经科学医学博士学位，并且是科学家和工程师总统早期职业奖(PECASE)的获得者。
