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可穿戴脑机接口将意图转化为行动

更新时间:2021-07-26 11:20:38

一种新的可穿戴脑机接口 (BMI) 系统可以改善运动功能障碍或瘫痪患者的生活质量,甚至是那些患有闭锁综合征的人——当一个人完全有意识但无法移动或交流时。

由佐治亚理工学院 Woon-Hong Yeo 实验室领导的多机构国际研究团队在 BMI 系统中结合了无线软头皮电子和虚拟现实,允许用户想象一个动作并无线控制轮椅或机械臂。

该团队包括来自肯特大学(英国)和延世大学(大韩民国)的研究人员,本月在“高级科学”杂志上描述了基于运动图像的新 BMI 系统。

乔治·W·伍德拉夫机械学院副教授 Yeo 说:“与目前存在的系统相比,该系统对用户的主要优势是佩戴柔软舒适,并且没有任何电线。”工程。

BMI 系统是一种康复技术,可分析人的大脑信号并将该神经活动转化为命令,将意图转化为行动。获取这些信号的最常见的非侵入性方法是脑电图 (ElectroEncephaloGraphy),EEG,它通常需要笨重的电极头盖骨和缠结的电线网。

这些设备通常严重依赖凝胶和糊剂来帮助保持皮肤接触,需要大量的设置时间,使用起来通常不方便和不舒服。由于材料退化或运动伪影(可能由磨牙或眨眼等原因引起的辅助“噪音”),这些设备还经常出现信号采集不佳的问题。这种噪音出现在大脑数据中,必须过滤掉。

Yeo 设计的便携式 EEG 系统将不易察觉的微针电极与软无线电路集成在一起,提供了改进的信号采集。准确测量这些大脑信号对于确定用户想要执行的操作至关重要,因此该团队集成了强大的机器学习算法和虚拟现实组件来应对这一挑战。

新系统已用四名人类受试者进行了测试,但尚未对残疾人进行研究。

“这只是第一次演示,但我们对所看到的东西感到兴奋,”佐治亚理工学院电子和纳米技术研究所以人为中心的界面和工程中心主任、佩蒂特研究所成员 Yeo 指出。用于生物工程和生物科学。

新范式

Yeo 的团队最初在 2019 年发表在Nature Machine Intelligence 上的一项研究中引入了软的、可穿戴的 EEG 脑机接口。该工作的主要作者穆萨·马哈茂德 (Musa Mahmood) 也是该团队新研究论文的主要作者。

“这种新的脑机接口使用了一种完全不同的范式,涉及想象的运动动作,例如用任何一只手抓握,这使受试者不必看太多刺激,”Yeo 的博士生 Mahmood 说。实验室。

在 2021 年的研究中,用户展示了使用他们的思想(他们的运动意象)对虚拟现实练习的准确控制。该视觉线索加强对用户和研究人员收集信息了过程。

“事实证明,虚拟提示非常有用,”Yeo 说。“它们加快并提高了用户参与度和准确性。而且我们能够记录连续的、高质量的运动图像活动。”

根据 Mahmood 的说法,该系统的未来工作将集中在优化电极放置和基于刺激的 EEG 的更高级集成上,使用他们从前两项研究中学到的知识。

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