美研腦機介面 助癱者念力控鼠標

By on September 10, 2020

原文刊於信報財經新聞「StartupBeat創科鬥室

以念力控制電腦或機械肢體,為腦機介面(Brain-Computer Interface, BCI)的研究重心。近日美國加州大學三藩市分校(UCSF)的研究團隊,聲稱開發基於腦皮層電圖(ECoG)陣列的BCI,配合機器學習演算法,能夠長期且穩定地紀錄腦部神經活動,毋須每天重置及大量培訓,便可「即插即用」,協助癱瘓者操控電腦鼠標,研究已發表在《自然生物科技》期刊上。

BCI為人腦與機器之間的介面,現時BCI仍須每天重置及校對,無法記錄大腦的學習成果。研究團隊解釋過去的BCI系統,主要採用由尖銳電極組成的枕形陣列(pin-cushion),透過穿刺大腦組織記錄神經活動,此舉將招致免疫系統排斥,令電極逐漸失去原有功能;加上枕形陣列會隨時間移動,令每個電極接收的神經訊息不時改變。

美國科學家研發基於腦皮層電圖陣列的腦機介面,能穩定地記錄腦部神經活動。(UCSF網上圖片)

美國科學家研發基於腦皮層電圖陣列的腦機介面,能穩定地記錄腦部神經活動。(UCSF網上圖片)

冀用於義肢機械系統

相反,由團隊研發的ECoG陣列電極板,大小與一張便利貼相若,透過手術放置在大腦表面,雖然其敏感程度不及枕形陣列,卻能長期、穩定地記錄腦部神經活動;配合機器學習算法,令ECoG陣列保存大腦的訓練進度。即使學習數周後重置系統,亦能短時間內回復到以往水平。

目前,ECoG陣列已在一個四肢癱瘓的患者身上試驗。在大腦植入該陣列後,患者透過想像頸部與手腕移動,同時觀看屏幕上的鼠標,再訓練以念力把它移動。實驗顯示,即使44天未有施加訓練,患者控制鼠標的能力未見下降,顯示ECoG陣列如同人腦一樣,一旦學會某種技能,毋須任何重置或培訓,即可駕輕就熟。

研究人員發現,若把演算法的更新速度,調整至跟大腦相若,大約每10秒更新一次,還能進一步改善學習效果,如人機之間建立夥伴關係,令人工介面如同手臂一樣,成為用戶肢體的延伸。團隊希望未來把技術應用在義肢等機械系統上,改善癱瘓者的日常生活。

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