來源：智東西

腦機接口技術能實現意念操控，已經不是什么新鮮事。

不過，以往腦機接口設備都要通過有線系統將腦電波信號傳輸到計算機，如果改用無線技術，那難度可就大多了。

最近，BrainGate研究人員成功地創造了一個無線腦機接口（BCI），用戶腦袋上夾兩個無線發射機，就能隔空在屏幕上打字、瀏覽網站。

看起來打字速度挺慢？對于普通人來說，這可能是個不怎么方便的體驗，但對于四肢無法自由移動、無法直接發聲的癱瘓患者來說，這一進步，已經為他們提供了相當大的交流便利。

這項新研究首次實現無線高寬帶傳輸腦機接口，使用者無需將腦袋和計算機用長長的線連在一起，亦無需固定在某一特定區域，而是能在任意空間應用腦機接口設備。

研究在3月30日發表于《IEEE生物醫學工程匯刊》（IEEE Transactions on Biomedical Engineering）期刊上，論文題目為《四肢癱瘓患者的經皮皮質內無線腦機接口的家庭使用》（Home Use of a Percutaneous Wireless Intracortical Brain-Computer Interface by Individuals With Tetraplegia）。

論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9390339

一、無線連接的挑戰：高帶寬與低延遲

雖然癱瘓人士無法如健康人士那樣靈活運動，但他們大腦指揮肌肉移動的能力一點沒少。腦機接口通過植入大腦的電極來檢測這些命令信號，然后將信號轉發給用人工智能（AI）解碼的計算機，由此讓計算機執行相應的任務。

以往實現這一過程，需要有一個有線系統從腦機接口設備連到計算機。過去十年，癱瘓患者已經能通過有線腦機接口實現快速的隔空打字和電腦光標控制。

例如早在2015年，BrainGate曾以有線連接的方式，使得4位癱瘓的志愿者能用意念隔空打字。但有線畢竟會限制腦機接口設備的使用場景，如今BrainGate做出新的嘗試——采用無線的方式來傳輸信號。

這是一項全新的挑戰。參與BrainGate計劃的布朗大學工程學院研究助理教授John Simeral（約翰·西默拉爾）解釋說：“用于光標神經控制的無線腦機接口需要放大和數字化（大腦）中的數百個微小電信號，并將其連續傳輸到附近設備幾個小時，幾乎沒有延遲。”

西默拉爾指出，這所需的帶寬和功率效率是驚人的，相當于在一臺筆記本電腦上同時流式傳輸48個高清視頻，而延遲不到100毫秒。BrainGate合作者Arto Nurmikko教授和他在布朗大學領導的實驗室通過多年努力，設計一個能夠以低功耗實現這一目標的無線發射機。

二、癱瘓患者能隔空打開電腦應用

研究人員將192個電極腦機接口的外部電纜替換為無線發射器，并實現了對癱瘓患者寬帶場電位和脈沖活動的高分辨率記錄和解碼。

▲無線系統的一些組件

在一項實驗性臨床試驗中，一位63歲的男子和一位35歲的男子參與了新無線腦機接口的研究測試，兩人都因脊椎受傷導致四肢癱瘓。

通過無線腦機接口，兩人均成功打開Windows啟動菜單，并使用Pandora、Skype、YouTube、Gmail、Weather等許多應用。65歲的參與者還能用無線系統和屏幕鍵盤，在NotePad記事本應用中每分鐘輸入13.4個正確字符。

三、在家庭環境中，性能表現接近有線系統

研究人員還通過實驗，將在家庭環境中使用無線腦機接口系統與有線系統的效果做了比較，發現兩種方法對神經信號質量的影響微乎其微。

▲在家庭場景中有線和無線配置下的人類皮質內信號記錄

實驗結果說明，無線解決方案可以替代現有腦機接口研究中的有線配置。不過，如果有人站在或靠近研究參與者的頭部，則可能導致部分數據丟失或造成數字噪音，這些發現也可以激勵對家庭天線放置的進一步研究。

西默拉爾說：“我們真的很興奮，無線系統在四肢癱瘓患者的家中運行得如此出色。”

他提到截至目前，無線原型的所有測試都處于受控實驗室設置下。“盡管參與者的生活住所里進行了各種無線活動，盡管附近有醫療設備甚至無線電塔，但神經信號還是以高保真度和高可靠性記錄和解碼。”

在他看來，在腦機接口領域的最新進展不會是最后一次。他預計這項技術將繼續發展，使得更多嚴重殘疾者能從中受益。

“關于大腦如何工作，還有令人難以置信的知識需要學習——對于未來推進腦機接口和腦機接口以外的研究至關重要的新理解。”西默拉爾說。

結語：無線配置有望加速腦機接口的部署

無線腦機接口的進展為人類神經科學研究提供了一個非常有價值的工具，使得癱瘓患者能更加自如的、不受時間和空間束縛的獨立使用腦機接口技術。

如果癱瘓患者能在家按需使用腦機接口，不僅將有助于嚴重運動障礙患者更加獨立，而且也方便他們在日常生活中與家人和朋友交流。