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腾讯登录神奇的脑机接口技术：可用意念控制飞行器飞行
| 导读 | 用意念控制飞行器的飞行听起来像是科幻电影中的情节，但是美国明尼苏达大学的科学家已经让这种不可思议的事情变成了现实。他们已经掌握了如何利用自己的意念操控一架模型直升机在空中飞行、俯冲、上升，甚至毫不困难地穿过一个环。
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科学家们将他们的研究发表在《神经工程杂志》（Journal of Neural ... |
用意念控制飞行器的飞行听起来像是科幻电影中的情节，但是美国明尼苏达大学的科学家已经让这种不可思议的事情变成了现实。他们已经掌握了如何利用自己的意念操控一架模型直升机在空中飞行、俯冲、上升，甚至毫不困难地穿过一个环。
脑机接口（brain computer interfacing，BCI）可以让使用者拥有外部沟通并通过思维控制的方式来操控物体的能力。这需要通过一个由感应、处理、驱动等过程形成的闭环来实现。在过去的十年中，科学家们在实现利用意念移动物体方面取得了巨大的进步。
这项最新成果是由明尼苏达大学生物医学工程实验室的贺斌教授及其团队取得的。贺斌教授表示，他们的技术在未来可以帮助那些因为神经退行性疾病而失去语言或行动能力的人，让他们通过意念即可操控电子及医疗设备，例如假肢、轮椅等。
研究者表示，他们的技术完全是无创的，无需进行大脑植入操作。使用者只需戴上一个帽子，通过帽子上的电极即可记录下使用者的脑电波。
贺教授说：“我的整个事业就是努力实现无创的3D脑机接口（BCI）。有些研究者已经利用植入到大脑运动皮层的芯片实现了控制鼠标或者机器人手臂的运动。但是我们现在证明，利用头戴式脑电图扫描设备的无创脑机接口同样可以实现植入式芯片的功能。”
工作原理
运动皮层是大脑中控制运动的区域。贺教授的开发的BCI系统的工作原理与运动皮层的位置有关。
当人运动、或者想象自己进行某种动作时，运动皮层中的神经元会发出微小的电流。对应不同动作的每一次想象都会激活神经元进行新的排列。BCI的基本原理涉及对这些神经元排列的处理。
贺教授说：“我们是第一个联合功能性核磁共振与脑电图成像技术来记录大脑在进行动作想象时大脑神经细胞被激活的位置的。所以现在我们知道那些信号是从哪里产生的了。”
根据所记录的大脑神经细胞的活动，研究人员发现最容易区分的信号就是想象左手握拳、右手握拳、双手握拳等动作所产生的信号。贺教授解释说，“知道哪些信号是哪些动作想象产生的可以帮助我们对系统设计进行优化，从而实时控制飞行器。”
潜力巨大
以前，科学家们可以通过思维控制光标在计算机屏幕上的运动，后来发展到可以通过思维控制虚拟的直升机进行三维的运动。而现在终于实现了对真实物体的控制。
这项成果中的脑电图扫描帽具有64个紧贴头皮的电极。这些电极监控来自大脑的电活动并将信号（或信号中断）传递给电脑。电脑对这些数据进行处理后将之转化为另一种电子信号，通过Wifi传递至飞行器的接收器，从而控制飞行器的飞行动作。
对于BIC的应用，团队的主要成员、文章第一作者Karl LaFleur表示，“我认为BCI的潜力非常大。下一步我们将把这种技术应用到帮助残障病人与外界互动。它甚至有可能帮助中风、阿兹海默症患者。”
原文链接：
Quadcopter control in three-dimensional space using a noninvasive motor imagery-based brain–computer interface
Objective. At the balanced intersection of human and machine adaptation is found the optimally functioning brain–computer interface (BCI). In this study, we report a novel experiment of BCI controlling a robotic quadcopter in three-dimensional (3D) physical space using noninvasive scalp electroencephalogram (EEG) in human subjects. We then quantify the performance of this system using metrics suitable for asynchronous BCI. Lastly, we examine the impact that the operation of a real world device has on subjects' control in comparison to a 2D virtual cursor task. Approach. Five human subjects were trained to modulate their sensorimotor rhythms to control an AR Drone navigating a 3D physical space. Visual feedback was provided via a forward facing camera on the hull of the drone. Main results. Individual subjects were able to accurately acquire up to 90.5% of all valid targets presented while travelling at an average straight-line speed of 0.69 m s−1. Significance. Freely exploring and interacting with the world around us is a crucial element of autonomy that is lost in the context of neurodegenerative disease. Brain–computer interfaces are systems that aim to restore or enhance a user's ability to interact with the environment via a computer and through the use of only thought. We demonstrate for the first time the ability to control a flying robot in 3D physical space using noninvasive scalp recorded EEG in humans. Our work indicates the potential of noninvasive EEG-based BCI systems for accomplish complex control in 3D physical space. The present study may serve as a framework for the investigation of multidimensional noninvasive BCI control in a physical environment using telepresence robotics.
来源：生物探索
科学家们将他们的研究发表在《神经工程杂志》（Journal of Neural Engineering）上。
脑机接口（brain computer interfacing，BCI）可以让使用者拥有外部沟通并通过思维控制的方式来操控物体的能力。这需要通过一个由感应、处理、驱动等过程形成的闭环来实现。在过去的十年中，科学家们在实现利用意念移动物体方面取得了巨大的进步。
这项最新成果是由明尼苏达大学生物医学工程实验室的贺斌教授及其团队取得的。贺斌教授表示，他们的技术在未来可以帮助那些因为神经退行性疾病而失去语言或行动能力的人，让他们通过意念即可操控电子及医疗设备，例如假肢、轮椅等。
研究者表示，他们的技术完全是无创的，无需进行大脑植入操作。使用者只需戴上一个帽子，通过帽子上的电极即可记录下使用者的脑电波。
贺教授说：“我的整个事业就是努力实现无创的3D脑机接口（BCI）。有些研究者已经利用植入到大脑运动皮层的芯片实现了控制鼠标或者机器人手臂的运动。但是我们现在证明，利用头戴式脑电图扫描设备的无创脑机接口同样可以实现植入式芯片的功能。”
工作原理
运动皮层是大脑中控制运动的区域。贺教授的开发的BCI系统的工作原理与运动皮层的位置有关。
当人运动、或者想象自己进行某种动作时，运动皮层中的神经元会发出微小的电流。对应不同动作的每一次想象都会激活神经元进行新的排列。BCI的基本原理涉及对这些神经元排列的处理。
贺教授说：“我们是第一个联合功能性核磁共振与脑电图成像技术来记录大脑在进行动作想象时大脑神经细胞被激活的位置的。所以现在我们知道那些信号是从哪里产生的了。”
根据所记录的大脑神经细胞的活动，研究人员发现最容易区分的信号就是想象左手握拳、右手握拳、双手握拳等动作所产生的信号。贺教授解释说，“知道哪些信号是哪些动作想象产生的可以帮助我们对系统设计进行优化，从而实时控制飞行器。”
潜力巨大
以前，科学家们可以通过思维控制光标在计算机屏幕上的运动，后来发展到可以通过思维控制虚拟的直升机进行三维的运动。而现在终于实现了对真实物体的控制。
这项成果中的脑电图扫描帽具有64个紧贴头皮的电极。这些电极监控来自大脑的电活动并将信号（或信号中断）传递给电脑。电脑对这些数据进行处理后将之转化为另一种电子信号，通过Wifi传递至飞行器的接收器，从而控制飞行器的飞行动作。
对于BIC的应用，团队的主要成员、文章第一作者Karl LaFleur表示，“我认为BCI的潜力非常大。下一步我们将把这种技术应用到帮助残障病人与外界互动。它甚至有可能帮助中风、阿兹海默症患者。”
原文链接：
Quadcopter control in three-dimensional space using a noninvasive motor imagery-based brain–computer interface
Objective. At the balanced intersection of human and machine adaptation is found the optimally functioning brain–computer interface (BCI). In this study, we report a novel experiment of BCI controlling a robotic quadcopter in three-dimensional (3D) physical space using noninvasive scalp electroencephalogram (EEG) in human subjects. We then quantify the performance of this system using metrics suitable for asynchronous BCI. Lastly, we examine the impact that the operation of a real world device has on subjects' control in comparison to a 2D virtual cursor task. Approach. Five human subjects were trained to modulate their sensorimotor rhythms to control an AR Drone navigating a 3D physical space. Visual feedback was provided via a forward facing camera on the hull of the drone. Main results. Individual subjects were able to accurately acquire up to 90.5% of all valid targets presented while travelling at an average straight-line speed of 0.69 m s−1. Significance. Freely exploring and interacting with the world around us is a crucial element of autonomy that is lost in the context of neurodegenerative disease. Brain–computer interfaces are systems that aim to restore or enhance a user's ability to interact with the environment via a computer and through the use of only thought. We demonstrate for the first time the ability to control a flying robot in 3D physical space using noninvasive scalp recorded EEG in humans. Our work indicates the potential of noninvasive EEG-based BCI systems for accomplish complex control in 3D physical space. The present study may serve as a framework for the investigation of multidimensional noninvasive BCI control in a physical environment using telepresence robotics.
来源：生物探索
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