亚洲中文字幕乱码亚洲-蜜桃成熟视频在线观看-免费中文字幕视频在线-中国五十路熟妇洗澡视频-亚洲av伊人啪啪c-国产精品成人一区二区-国产自拍视频一区在线观看-成人一区不卡二区三区四区-亚洲情精品中文字幕99在线

網(wǎng)易首頁(yè) > 網(wǎng)易號(hào) > 正文 申請(qǐng)入駐

腦機(jī)接口發(fā)展史2:無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口的前世今生

0
分享至

作者:奶樹(shù)


如果你對(duì)音頻更感興趣,也可以收聽(tīng)我們的音頻《生物漫游指南》的內(nèi)容~也歡迎在小宇宙、網(wǎng)易云音樂(lè)、喜馬拉雅、荔枝FM、豆瓣等平臺(tái)訂閱收聽(tīng)!

用意念操控?zé)o人機(jī)飛行,讓癱瘓患者重新行走,甚至讓無(wú)法言語(yǔ)的人“開(kāi)口”說(shuō)話——這些曾經(jīng)只存在于科幻小說(shuō)中的場(chǎng)景,正通過(guò)無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口(Brain-Computer Interface, BCI)技術(shù)一步步走向現(xiàn)實(shí)。

在所有BCI技術(shù)中,無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口因其無(wú)需手術(shù)、安全性高的特點(diǎn),成為了最先進(jìn)入大眾視野并展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力的領(lǐng)域。而無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口的歷史,要從一個(gè)世紀(jì)前那張模糊的腦電圖開(kāi)始,這也是人類追尋如何學(xué)會(huì)“閱讀”大腦的語(yǔ)言的開(kāi)端。

心靈感應(yīng)的執(zhí)念:腦電圖的誕生

無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口的歷史,與一位名叫漢斯·伯格(Hans Berger)的德國(guó)精神科醫(yī)生的故事緊密相連。伯格的科研之路,始于一次驚心動(dòng)魄的經(jīng)歷。

年輕時(shí),他在騎兵部隊(duì)服役,一天在訓(xùn)練中不幸從馬上摔下,險(xiǎn)些被后方的大炮車碾過(guò)。幸免于難的他,當(dāng)晚竟收到了久未聯(lián)系的家人的電報(bào),詢問(wèn)他是否平安。原來(lái),在他遇險(xiǎn)的同一時(shí)刻,遠(yuǎn)方的姐姐心中突然感到一陣強(qiáng)烈的不安,堅(jiān)信弟弟身處險(xiǎn)境。

這次巧合在伯格心中埋下了一顆種子,他開(kāi)始癡迷于“心靈感應(yīng)”的可能性,并猜測(cè)在極端情緒下,大腦或許能發(fā)出某種物理信號(hào)被遠(yuǎn)方的人接收。這個(gè)看似天馬行空的想法,驅(qū)動(dòng)他將余生投入到對(duì)大腦電活動(dòng)的研究中。

漢斯·伯格

在伯格之前,已有科學(xué)家在動(dòng)物大腦上檢測(cè)到了微弱的電信號(hào),并將其稱為“腦電波”。但從未有人成功記錄到來(lái)自人類頭皮的腦電信號(hào),主要原因在于打開(kāi)頭顱檢測(cè)腦電波,在絕大部分人看來(lái)仍然非常危險(xiǎn)且后果難以預(yù)測(cè)。但是隨著研究的進(jìn)行,伯格逐漸發(fā)現(xiàn),和過(guò)去的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)不同,其實(shí)我們無(wú)需打開(kāi)顱骨也能捕捉到這種信號(hào)

在經(jīng)歷了多年坎坷與失敗后,1924年,他終于取得了突破。借助當(dāng)時(shí)西門子最精密的電流計(jì),他將電極貼在自己兒子的頭皮上,成功記錄下了人類歷史上第一張腦電圖(Electroencephalogram, EEG)。

人類歷史上檢測(cè)到的第一份腦電圖(第一行)

伯格發(fā)現(xiàn),這些腦電波并非雜亂無(wú)章,而是呈現(xiàn)出規(guī)律性的節(jié)律。他將人在閉眼放松狀態(tài)下出現(xiàn)的規(guī)律波形命名為α波(Alpha Wave),而當(dāng)人睜開(kāi)眼睛,進(jìn)入專注思考狀態(tài)時(shí),α波會(huì)消失,取而代之的是頻率更快的β波(Beta Wave)。此外,他還發(fā)現(xiàn)了與睡眠狀態(tài)相關(guān)的δ波和θ波。

伯格醫(yī)生與他使用的電流檢測(cè)儀

然而,由于伯格性格內(nèi)斂,且擔(dān)心這個(gè)結(jié)果太過(guò)離奇而不被接受,他將這些開(kāi)創(chuàng)性的數(shù)據(jù)塵封了五年之久,直到1929年才公開(kāi)發(fā)表。

果不其然,學(xué)界最初對(duì)此充滿了懷疑。直到1934年,諾貝爾獎(jiǎng)得主埃德加·阿德里安(Edgar Adrian)成功重復(fù)了他的實(shí)驗(yàn),伯格的發(fā)現(xiàn)才得到主流學(xué)術(shù)界的承認(rèn)。漢斯·伯格發(fā)明的EEG技術(shù),被公認(rèn)為是世界上第一個(gè)腦機(jī)接口,它為無(wú)創(chuàng)地“竊聽(tīng)”大腦活動(dòng)打開(kāi)了一扇大門。

從藝術(shù)到應(yīng)用:BCI概念的萌芽

EEG的出現(xiàn),讓人們第一次能夠?qū)崟r(shí)觀察大腦的“情緒”。最早的腦機(jī)接口應(yīng)用,出人意料地出現(xiàn)在了藝術(shù)領(lǐng)域。

1965年,美國(guó)先鋒派作曲家阿爾文·盧西爾(Alvin Lucier)創(chuàng)作了一部名為《獨(dú)奏者音樂(lè)》(Music for Solo Performer)的作品。表演時(shí),他將EEG電極貼在頭上,系統(tǒng)會(huì)捕捉他大腦產(chǎn)生的α波,并將其轉(zhuǎn)化為信號(hào)來(lái)敲擊大鼓、鈸等打擊樂(lè)器。表演者需要通過(guò)閉眼來(lái)產(chǎn)生α波,“演奏”音樂(lè)。

這可以說(shuō)是最早的“腦波音樂(lè)”,也是BCI最早的雛形之一。

《獨(dú)奏者音樂(lè)》現(xiàn)場(chǎng)

真正從科學(xué)上提出“腦機(jī)接口”概念的,是法國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家雅克·維達(dá)爾(Jacques J. Vidal)。1973年,他在一篇論文中首次使用了“Brain-Computer Interface”這個(gè)術(shù)語(yǔ),并構(gòu)想了一套完整的系統(tǒng)框架:通過(guò)EEG捕捉大腦的輸出信號(hào),利用計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行解碼,最終實(shí)現(xiàn)讓大腦直接控制光標(biāo)、假肢等外部設(shè)備。他自己也實(shí)現(xiàn)了腦電波控制光標(biāo)的簡(jiǎn)單操作。

維達(dá)爾提出腦機(jī)接口概念時(shí)的設(shè)計(jì)圖

然而,在維達(dá)爾提出概念后的近二十年里,BCI的研究一度陷入沉寂。受限于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的處理能力和信號(hào)解碼算法的落后,加之分子生物學(xué)、太空探索等領(lǐng)域吸引了大量科研經(jīng)費(fèi),腦機(jī)接口的發(fā)展進(jìn)程相對(duì)緩慢。

直到八九十年代,相關(guān)的應(yīng)用才開(kāi)始逐漸涌現(xiàn),比如在1988年,有團(tuán)隊(duì)發(fā)表了第一篇用EEG控制實(shí)體機(jī)器人移動(dòng)的論文,他們利用睜眼和閉眼時(shí)α波的變化來(lái)啟動(dòng)和停止一個(gè)微型機(jī)器人。

意念控制的N種方式:現(xiàn)代無(wú)創(chuàng)BCI范式

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和算法的飛速發(fā)展,無(wú)創(chuàng)BCI在20世紀(jì)90年代后迎來(lái)了蓬勃發(fā)展期,并衍生出幾種主流的技術(shù)范式。

運(yùn)動(dòng)想象(Motor Imagery)

當(dāng)我們想象自己移動(dòng)左手或右手時(shí),大腦中負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)控制的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生特定的、可被EEG檢測(cè)到的電信號(hào)擾動(dòng),這被稱為“感覺(jué)運(yùn)動(dòng)節(jié)律”。通過(guò)解碼這些信號(hào),就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制。

1991年,已有團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出通過(guò)想象手臂揮舞動(dòng)作來(lái)控制電腦光標(biāo)上下的系統(tǒng)。2013年,美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的賀斌教授團(tuán)隊(duì)更是實(shí)現(xiàn)了讓受試者通過(guò)想象握左拳、握右拳或雙手同時(shí)握拳,來(lái)分別控制無(wú)人機(jī)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或上升

控制無(wú)人機(jī)時(shí)左右手握拳檢測(cè)到的腦電信號(hào)

這一技術(shù)最激動(dòng)人心的應(yīng)用,莫過(guò)于2014年巴西世界杯的開(kāi)幕式。一位下身癱瘓的青年,身穿一套外骨骼機(jī)器人,頭戴EEG腦電帽,通過(guò)“想象”踢球的動(dòng)作,成功開(kāi)出了比賽的第一球

2014年巴西世界杯開(kāi)賽時(shí)的第一球

穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位(SSVEP)

這是利用視覺(jué)皮層對(duì)特定頻率閃爍光的反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),屏幕上可以設(shè)置多個(gè)閃爍的按鈕,每個(gè)按鈕的閃爍頻率都不同(如6Hz, 7Hz, 8Hz)。當(dāng)你的眼睛注視其中一個(gè)按鈕時(shí),你的大腦視覺(jué)皮層就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與該按鈕閃爍頻率相同的腦電信號(hào)。

穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位原理圖

計(jì)算機(jī)通過(guò)識(shí)別這個(gè)特定的頻率,就能判斷出你想按哪個(gè)按鈕。 我國(guó)清華大學(xué)的高小榕教授團(tuán)隊(duì)是該領(lǐng)域的全球領(lǐng)先者。他們?cè)鵀橐晃坏昧藵u凍癥、只有眼睛可以移動(dòng)的患者定制了一套這樣的系統(tǒng),讓他可以正常說(shuō)話。

P300電位

當(dāng)你在眾多信息中,突然看到一個(gè)你正在期待或覺(jué)得新奇的目標(biāo)時(shí),你的大腦會(huì)在大約300毫秒后產(chǎn)生一個(gè)被稱為“P300”的特殊腦電信號(hào)。1988年,美國(guó)科學(xué)家伊曼紐爾·唐欽(Emanuel Donchin)利用這一原理發(fā)明了“P300拼寫器”。

霍金專屬的P300拼寫器

在一個(gè)由字母和數(shù)字組成的矩陣中,各行各列會(huì)隨機(jī)快速閃爍。使用者只需盯住自己想輸入的那個(gè)字母,當(dāng)該字母所在的行或列閃爍時(shí),大腦就會(huì)產(chǎn)生P300信號(hào),系統(tǒng)捕捉到這個(gè)信號(hào)后,就能確定用戶想要選擇的字母。這套系統(tǒng)也曾被嘗試用于為斯蒂芬·霍金開(kāi)發(fā)新的交流工具。

機(jī)遇與瓶頸:無(wú)創(chuàng)BCI的未來(lái)之路

無(wú)創(chuàng)腦機(jī)接口的最大優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn):安全、便捷、接受度高。它不需要進(jìn)行任何外科手術(shù),只需佩戴一個(gè)類似頭盔的設(shè)備即可,這使其在商業(yè)化和普及方面具有巨大潛力,而中國(guó)在這一領(lǐng)域的發(fā)展已處于世界前列。

然而,它的缺點(diǎn)也同樣突出。由于顱骨和頭皮的阻隔,EEG信號(hào)非常微弱,且空間分辨率低,我們只能獲得一個(gè)模糊、概括的大腦活動(dòng)信息。這就好比隔著體育場(chǎng)聽(tīng)里面的歡呼聲,我們能判斷出比賽的激烈程度,卻無(wú)法聽(tīng)清每個(gè)觀眾在喊什么。因此,無(wú)創(chuàng)BCI能傳遞的信息帶寬有限,控制的精細(xì)度和直觀性也較差,往往需要使用者進(jìn)行大量的訓(xùn)練來(lái)適應(yīng)系統(tǒng)。

未來(lái),人工智能和先進(jìn)的解碼算法有望進(jìn)一步提升無(wú)創(chuàng)BCI的性能,從有限的信號(hào)中挖掘出更豐富的信息。但要實(shí)現(xiàn)真正科幻級(jí)別的、復(fù)雜而靈活的“心靈控制”,我們或許還需要深入大腦內(nèi)部,聆聽(tīng)神經(jīng)元之間更直接的對(duì)話。這,便是我們下一期,侵入式腦機(jī)接口將要講述的故事。

特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶上傳并發(fā)布,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相關(guān)推薦
熱點(diǎn)推薦
張雪的煙癮被吐槽!粉絲直言他總離不開(kāi)香煙,網(wǎng)友:人無(wú)完人啊…

張雪的煙癮被吐槽!粉絲直言他總離不開(kāi)香煙,網(wǎng)友:人無(wú)完人啊…

火山詩(shī)話
2026-04-19 15:31:10
李想把“理想平替”喂成了狼

李想把“理想平替”喂成了狼

市象
2026-04-17 16:42:52
季后賽父子同臺(tái)!ESPN贊國(guó)王與繼承人 布朗尼季后賽3場(chǎng)0+0+0+0+0

季后賽父子同臺(tái)!ESPN贊國(guó)王與繼承人 布朗尼季后賽3場(chǎng)0+0+0+0+0

醉臥浮生
2026-04-19 11:40:37
被豆包害慘了的大學(xué)生們!網(wǎng)友:豆包就是愚蠢且勤勞的老實(shí)人

被豆包害慘了的大學(xué)生們!網(wǎng)友:豆包就是愚蠢且勤勞的老實(shí)人

夜深愛(ài)雜談
2025-12-02 20:51:10
成都“鄧?yán)习濉钡馁e利,花了400多萬(wàn),送去修車時(shí),竟被維修工氣笑了

成都“鄧?yán)习濉钡馁e利,花了400多萬(wàn),送去修車時(shí),竟被維修工氣笑了

劉哥談體育
2026-04-19 14:58:27
何潤(rùn)東:我已經(jīng)51歲了,摔下來(lái)的話,會(huì)破壞大家對(duì)項(xiàng)羽的感受

何潤(rùn)東:我已經(jīng)51歲了,摔下來(lái)的話,會(huì)破壞大家對(duì)項(xiàng)羽的感受

懂球帝
2026-04-19 12:31:08
震驚!兒媳失業(yè)近一年,每天只買菜做飯,河南婆婆吐槽勸兒子離婚

震驚!兒媳失業(yè)近一年,每天只買菜做飯,河南婆婆吐槽勸兒子離婚

火山詩(shī)話
2026-04-19 09:20:26
普京訪華行程敲定,特朗普已下命令,中國(guó)向全球通告,無(wú)懼美國(guó)

普京訪華行程敲定,特朗普已下命令,中國(guó)向全球通告,無(wú)懼美國(guó)

涼羽亭
2026-04-19 18:31:03
伊朗稱其補(bǔ)充武器能力在停火期間超過(guò)戰(zhàn)前水平

伊朗稱其補(bǔ)充武器能力在停火期間超過(guò)戰(zhàn)前水平

新華社
2026-04-19 18:49:07
雨雨雨!明天下午拉開(kāi)“降雨序幕”,這日雨水最明顯→

雨雨雨!明天下午拉開(kāi)“降雨序幕”,這日雨水最明顯→

上觀新聞
2026-04-19 19:38:04
沈夢(mèng)辰自曝“連續(xù)4年做熱瑪吉,臉越打越薄”

沈夢(mèng)辰自曝“連續(xù)4年做熱瑪吉,臉越打越薄”

天馬幸福的人生
2026-04-19 18:18:18
炸鍋!人民幣歷史性逆襲!原油結(jié)算占 41%,超越歐元打破美元霸權(quán)

炸鍋!人民幣歷史性逆襲!原油結(jié)算占 41%,超越歐元打破美元霸權(quán)

混沌錄
2026-04-17 13:22:05
湖人VS火箭G2,比賽時(shí)間確定,名記曝KD東契奇復(fù)出,烏杜卡遇危機(jī)

湖人VS火箭G2,比賽時(shí)間確定,名記曝KD東契奇復(fù)出,烏杜卡遇危機(jī)

體育大學(xué)僧
2026-04-19 19:23:57
31歲女子找不到工作,每天假裝上班:其實(shí)她是躲到山上發(fā)呆

31歲女子找不到工作,每天假裝上班:其實(shí)她是躲到山上發(fā)呆

閱微札記
2026-04-19 11:30:46
中央氣象臺(tái)五警齊發(fā),暴雨+大霧+強(qiáng)對(duì)流天氣+沙塵暴+大風(fēng)

中央氣象臺(tái)五警齊發(fā),暴雨+大霧+強(qiáng)對(duì)流天氣+沙塵暴+大風(fēng)

澎湃新聞
2026-04-19 20:27:19
國(guó)際油價(jià)爆了

國(guó)際油價(jià)爆了

最江陰
2026-04-19 09:01:06
匈牙利巨變:記者繼續(xù)當(dāng)喉舌是羞恥的

匈牙利巨變:記者繼續(xù)當(dāng)喉舌是羞恥的

黔有虎
2026-04-18 20:58:58
隨著山東終結(jié)深圳15連勝 廣廈翻盤北控 北京逆轉(zhuǎn)青島 CBA排名大變

隨著山東終結(jié)深圳15連勝 廣廈翻盤北控 北京逆轉(zhuǎn)青島 CBA排名大變

侃球熊弟
2026-04-19 21:56:16
日本人破防了:DNA檢測(cè)日本祖先被證實(shí),日本人不是徐福后代

日本人破防了:DNA檢測(cè)日本祖先被證實(shí),日本人不是徐福后代

掠影后有感
2026-04-19 10:16:27
開(kāi)拓者VS馬刺傷情報(bào)告出爐,文班亞馬季后賽首秀,楊瀚森有望登場(chǎng)

開(kāi)拓者VS馬刺傷情報(bào)告出爐,文班亞馬季后賽首秀,楊瀚森有望登場(chǎng)

世界體育圈
2026-04-19 20:16:28
2026-04-19 22:28:49
biokiwi incentive-icons
biokiwi
用生命科學(xué)的角度看世界!
153文章數(shù) 566關(guān)注度
往期回顧 全部

科技要聞

50分26秒破人類紀(jì)錄!300臺(tái)機(jī)器人狂飆半馬

頭條要聞

印度當(dāng)晚召見(jiàn)伊朗大使抗議兩船只遭開(kāi)火襲擊 伊朗回應(yīng)

頭條要聞

印度當(dāng)晚召見(jiàn)伊朗大使抗議兩船只遭開(kāi)火襲擊 伊朗回應(yīng)

體育要聞

湖人1比0火箭:老詹比烏度卡像教練

娛樂(lè)要聞

張?zhí)鞇?ài)評(píng)論區(qū)淪陷!被曝卷入小三風(fēng)波

財(cái)經(jīng)要聞

華誼兄弟,8年虧光85億

汽車要聞

29分鐘大定破萬(wàn) 極氪8X為什么這么多人買?

態(tài)度原創(chuàng)

家居
房產(chǎn)
時(shí)尚
健康
軍事航空

家居要聞

法式線條 時(shí)光靜淌

房產(chǎn)要聞

官宣簽約最強(qiáng)城更!海口樓市,突然殺入神秘房企!

裝修“精神角落”,就是這么上癮

干細(xì)胞抗衰4大誤區(qū),90%的人都中招

軍事要聞

伊朗逼退美掃雷艇:美方求給15分鐘撤退

無(wú)障礙瀏覽 進(jìn)入關(guān)懷版