近日由美國佐治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)實驗室領導的多機構、國際研究團隊，將用于頭皮接觸的無線柔軟電子器件和虛擬現實技術結合在一個腦機接口(Brain–machine interface，BMI)系統中，用戶可以通過想象一個動作，來無線控制輪椅或機械臂。
這個新 BMI 系統，基于運動想象(MI)原理，即用戶想象自己肢體運動時，即使沒有實際運動輸出，但腦部特定區域會被激活，產生信號實現控制。該系統對用戶的主要優勢是柔軟舒適，并且沒有電線影響，具有靈活性。
該研究論文題目為《用于基于運動圖像腦機接口的無線柔性頭皮電子器件與虛擬現實系統(Wireless Soft Scalp Electronics and Virtual Reality System for Motor Imagery-Based Brain–Machine Interfaces)》，于 7 月 17 日發表在 Advanced Science 上。
一、現有腦電圖設備使用不方便并且信號采集能力差
BMI 為身體殘疾的人(如因肢體麻痹或者腦損傷而導致運動功能障礙)提供了一種可能的解決方案。
運動功能障礙中極具挑戰性的一種是閉鎖綜合征(locked-insyndrome)，患有這種疾病的人有意識，但是無法自行移動和與人交流。
BMI 可以通過分析一個人大腦的信號，將人腦的神經活動轉化為命令信號，以及將人的意圖轉化為機械輔助的行動。最常見獲取人腦信號的非侵入性方法是腦電圖(ElectroEncephaloGraphy，EEG)。實現這種方法通常需要一個笨重的電極帽和一堆電線。
腦電圖設備通常嚴重依賴于凝膠劑和黏合劑，來幫助保持人體皮膚和設備的接觸，實現起來需要長時間的設置，通常使用起來讓人不方便和不舒服。由于材料退化或運動偽影(如可能由佩戴者磨牙或眨眼等引起的附屬“噪聲”)的影響，腦電圖設備的信號采集能力也很差，會存在干擾信息，使用中必須過濾掉噪聲信息。
二、無需電線，三個部件構成便攜腦電圖系統
佐治亞理工學院喬治?伍德拉夫機械工程學院副教授 Yeo 說：“與現有的系統相比，這個系統對用戶來說的主要優勢是柔軟舒適，而且無需電線。”
Yeo 設計的便攜式腦電圖系統集成了微細針電極和柔軟無線電路，提供了更好的信號采集。因為準確測量人腦信號對于確定用戶想要執行什么行動至關重要，因此該團隊通過集成機器學習算法和虛擬現實組件來應對這一挑戰。
他們設計了一款便攜式、無線、頭皮軟接觸電子產品，簡稱“SSE”。SSE 主要由三個主要部件組成：
安裝在有頭發部分的頭皮上的柔性微針電極
使用激光加工的可伸縮、柔性連接器件
隱蔽、靈活的電路
此外，SSE 還包括虛擬現實組件，以實現營造方便和沉浸式訓練環境，來幫助將運動可視化。
這些組件組成了一個單片的腦電系統，以最小化運動偽影和最大化信號質量。皮膚穿透電極提供了最佳的頭皮阻抗密度，提高了運動想象數據記錄的信噪比和空間分辨率。
三、實現超 90% 識別準確率
新系統已經在四名健康受試者身上進行了測試，目前在殘障人士身上的相關測試還沒有進行。
該系統有6 個腦電圖通道，可穿戴在頭發上，其準確率和信息傳遞率較高(93.22±1.33%)，并且響應時間較短(4 名受試者的峰值信息傳遞率為 23.02 bit /min)。
Yeo 實驗室的博士生 Mahmood 說：“這種新的腦機接口使用了一種完全不同的模式，包括想象的運動動作，比如用任意一只手抓東西，這讓實驗對象不必看太多刺激物。”
Yeo 談道：“事實證明，虛擬現實設備給予的提示非常有用。它們加快并提高了用戶的參與度和準確性。我們能夠記錄到連續的、高質量的運動想象活動。”
結語：便攜式腦機接口幫助殘障人士更方便
科研人員使用腦機接口技術，來幫助殘障人士恢復部分個體運動功能已經不算新鮮新聞了，但如何把腦機接口設備改進的更加便攜、舒適和靈敏，還是有很大進步空間的。
從讓失語者說話到讓運動障礙人群能夠移動，腦機接口可以完成的事情越來越多。各科技巨頭也看好這個領域，紛紛投資，例如 2019 年 Facebook 花費十億美元買下腦機接口創企，國內腦機接口創企博睿康科技也在 3 月份完成了由紅杉資本領投的超億元 B 輪融資。
