瘫痪男子用意念控制虚拟无人机

一名69岁的男性因瘫痪和脑植入物能够通过思考移动手指来飞行虚拟无人机，穿越复杂的障碍课程，这得益于斯坦福大学研究人员开发的实验设备。

这位参与者因C4脊髓损伤而四肢瘫痪，利用植入他大脑中的两个微型电极阵列的神经信号导航障碍课程和随机飞行模式。他同时结合多种动作的能力代表了脑机接口技术的重大进展。

在实验中，研究人员开发了一种能够从脑信号中解码四个不同控制维度的系统。研究人员表示，这种控制水平与健全身体的游戏玩家使用物理控制器所达到的水平相匹配。

“就像健全身体的数字系统用户用手指操控键盘和游戏控制器一样，这个系统为脑控数字接口提供了一个直观的框架，提供了休闲和社交的机会，同时引发了赋能的感觉。”

“他在多次场合（甚至在临床试验入组之前）表达过，他最重要的个人优先事项之一是使用BCI控制四旋翼无人机，”研究人员在他们的论文中写道。“他觉得控制四旋翼无人机将使他在受伤后第一次能够比喻性地‘从床/椅子上升起’。”

这种动机驱动了令人印象深刻的结果：经过多次尝试，这位未透露身份的参与者能够在障碍课程上完成12圈，平均每圈222秒，并在仅10分钟内穿越28个随机放置的环。

技术如何运作

当你思考移动手指时，运动皮层（大脑的运动控制中心）中的神经元（脑细胞）会发出电信号。即使身体瘫痪，这些信号仍然存在。脑电波研究一直在尝试解码这些信号，以触发能够实现大脑想要做的事情的外部设备。

帮助这名男性飞行虚拟无人机的系统依赖于放置在参与者运动皮层“手柄”区域的两个96通道硅微电极阵列。电极捕捉尖峰带功率，这是衡量神经元活跃程度的一种指标。例如，当参与者想象弯曲拇指时，特定的神经元会快速发射，这些电极检测到神经活动模式。

然后，计算机使用机器学习算法（如智能翻译器）将这些信号实时转换为手指动作。该算法通过让参与者观察虚拟手的移动并尝试在心理上模仿它进行训练。随着时间的推移，系统学习了将特定电信号模式与特定手指动作关联的模式。

控制方案随后学习将不同想象的手指动作映射到特定的无人机动作：

“飞行时是从中线微调，一点点向上，一点点向下，”患者解释道。该系统允许在所有维度上进行平滑、同时的控制，使得复杂的机动成为可能，例如将前进运动与转弯结合起来。

脑电波技术并不算新；人工智能为这一学科提供了巨大的推动。最近多个实验室和公司的进展显示了这一领域的快速发展。

例如，埃隆·马斯克的脑机接口公司Neuralink因其前两名人类患者而引起了媒体的关注。第二位参与者被称为“亚历克斯”，在脑机接口光标控制方面打破了记录，并在植入后仅一个月内成功玩了视频游戏《反恐精英2》和使用3D设计软件。

埃隆·马斯克预计脑机接口设备将会大规模普及。“如果一切顺利，几年内将会有数百人使用Neuralink，五年内可能有数万人，十年内达到数百万，”马斯克在分享亚历克斯表现的结果后不久在推特上写道。

然而，一些专家认为Neuralink的方法过于侵入性。这导致其中一位研究人员离开公司并创办了另一家脑控接口初创公司：“精准神经科学”，该公司正在开发一种通过“包裹”大脑而不是插入针头来注册活动的设备。

位于纽约的公司Synchron开发了一种名为Stentrode的侵入性较小的脑植入物，通过血管插入，避免了传统的脑外科手术。他们的患者，一名64岁被称为“马克”的男性，成功地仅通过思维控制了亚马逊Alexa设备，并与苹果Vision Pro耳机进行互动。该设备通过颈静脉植入，并定位在运动皮层附近。

还有许多其他例子，从实用到更实验性的。

Unbabel能够直接将思想转换为文本，加州大学旧金山分校的研究人员开发了一种思想转语音系统，甚至Meta也在为增强现实应用开发非侵入性的脑机接口，开发了一种几乎实时将思想转换为图像的系统。

在2023年，加州大学伯克利分校的研究人员能够直接从脑活动中重建音乐。他们的系统通过分析癫痫患者的神经信号成功重现了平克·弗洛伊德的《另一块砖在墙上，第一部分》。这一突破表明，帮助语言障碍患者通过思想进行交流的潜在应用。

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