【优秀毕业论文】基于运动想象和alpha波的脑机接口及虚拟漫游系统
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【优秀毕业论文】基于运动想象和alpha波的脑机接口及虚拟漫游系统
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3秒自动关闭窗口美国在猴子身上实现异体操控意味着什么？这一技术的发展前景如何？
美国哈佛大学医学院等机构研究人员在新一期英国《自然－通讯》杂志上报告说，他们在实验中使用了两只猴子，一只作为发出指令的“主体”，另一只则是接收指令、完成动作的“阿凡达”。研究人员先在“主体”猴子的大脑中植入一个芯片，对多达100个神经元的电活动进行监控，记录它支配每个身体动作时的大脑神经元电活动。而猴子“阿凡达”脊髓中则植入了36个电极，并尝试刺激不同的电极组合以研究对肢体运动有何影响。在实验中，研究人员通过仪器将这两只猴子身上的装置相连接，并给“阿凡达”服用了镇静剂，使它的身体动作完全由“主体”的脑活动所控制。它俩的任务是协作使得电脑屏幕上的光标上下移动，操纵杆掌握在“阿凡达”手中。结果“主体”控制“阿凡达”完成这一任务的成功率高达98％。研究人员说，他们的终极目标是利用此项技术使瘫痪人士重获运动能力，不过上下移动光标这种简单能力还远不足以改善瘫痪患者的生活，而且猴子与人有很大的差异，将这种技术运用到人体前还需更多研究。2012年，美国国防部曾透露了代号为“阿凡达”的计划，五角大楼投入700万美元，旨在开发通过意念遥控的机器人。这些被意念遥控的机器人足以成为士兵的完美替身，有望在未来代替士兵征战沙场。
按时间排序
其实美国人的科幻早就想过很多了。 题主可以看下 猎杀代理人 不失为一种 未来的可能
仔细看了看，涉猎较浅，轻喷神经电生理的复杂在于多个神经元电信号的叠加，某种特定电信号促使我们做出一种动作，但是研究的难点在于我们不知道这个电信号是什么样的。因此BCI大部分时间都在探测脑电信号，然后去模拟这个信号刺激来观察实验目标是否会做出预期的动作。题主说的这项成果的新颖之处在于他们直接将主体信号在受体里模拟出来，对于成熟的技术应用来说有些投机取巧，因为我们要应用脑机接口需要我们真正理解了神经运动系统的调节方式，而不是完全靠模拟穷举所有可能动作的电信号。最后回过头来说这个研究确实能够更加便捷地帮助我们测试对应电信号，作为一种研究手段有很重要的借鉴意义，而且在脑神经中植入如此多而复杂的电极非常了不起。至于美国五角大楼那个计划，才700万刀可见也没抱多大希望
这个技术本人十年前本科读生物医学工程时写过篇综述，这些年也在关注，说实话，十年过去了并没什么突破性进展。昨天看到天大搞了个“神工一号”，看报道媒体又夸大了。国内这方面最好的是浙大跟清华，也是多年不见大的成果了。这技术想要进一步发展，还得期待传感器技术和信号提取算法的进一步突破，下一个十年，我也看不到它的商业价值，而一个技术想要快速发展，离了资本的力量，不行的。
这个新方向叫Brain-Brain Interface，几年前就在做，但是控制纬度目前应该很低。如果要达到自然灵活的控制，还要在神经机理上有大的突破，目前20年之内应该不太可能
我是来学习，并因为我是假肢技师，纠正大家的一些错误的。
都是神经科学领域的专家了，你们说的，基本上我都听不懂……但是，我支持 的开头部分：“社会上的人习惯把只有七成的事儿说成是十成的，而我们做研究的习惯把七成的事儿说成五成的还战战兢兢地怕别人能挑出漏洞来。”要我说，“社会上”应该更加特指各媒体、各记者；而“我们做研究”应该更加特指某个领域的专家。下面的叙述，不说这条新闻在神经科学领域的成就，仅仅说辅助器具方面，假肢矫形器，统称辅助器具。无论是植入在脑部、或者肢体（对截肢者来说是残肢），都是植入式设备。而全世界范围来看，现阶段在行业中，都不看好植入式设备的发展。原因有：一，排异性。已经有的尝试中，没有不发生排异反应的病例，大部分植入假肢使用者，都必须长期服药降低排异性，并承受更多的痛苦。二，植入感染。也许以后的植入式设备，可以使用无线传输数据的方式，仅以现阶段看，因为不可避免的要有信号、电源、固定装置的接口，所以，必然产生开放性创口，感染控制是绕不开的问题。三，实用性。人不是小白鼠或者恒河猴，任何个体在接受植入式装置的手术中，必须保证成功率，也就限制了手术的难度——过分精细的手术可以在小白鼠或者恒河猴身上尝试一百次，只要成功一次就好，但是在临床阶段，可以接受的失败率是非常低的。========================================未完待续
这叫生-机-电一体化。在机器人领域很火。有诸多应用，最常见的也是最有意义的就是假肢。日本在这方面比较领先，已经有可用的带反馈的假肢，可以让失去手臂的病人重新产生触觉。另外一个应用是还有外骨骼，就是类似阿凡达中的机器人，但是比较小巧灵活。可以像衣服一样穿在身上，能有效提高人类的负重能力和耐力！在未来军事上很有发展。上海交大在这方面也有很多研究成果。当时还去参观过，比如能够通过电极贴片控制手臂肌肉运动，还能通过测脑电波来确定你在注视屏幕上的某个点。对这方面有兴趣的可以关注一下
以下观点完全是我的个人看法，我本人的研究领域和此毫无关系，所以答案仅供参考。研究人员先在“主体”猴子的大脑中植入一个芯片，对多达100个神经元的电活动进行监控，记录它支配每个身体动作时的大脑神经元电活动。而猴子“阿凡达”脊髓中则植入了36个电极，并尝试刺激不同的电极组合以研究对肢体运动有何影响。在实验中，研究人员通过仪器将这两只猴子身上的装置相连接，并给“阿凡达”服用了镇静剂，使它的身体动作完全由“主体”的脑活动所控制。它俩的任务是协作使得电脑屏幕上的光标上下移动，操纵杆掌握在“阿凡达”手中。结果“主体”控制“阿凡达”完成这一任务的成功率高达98％。这篇文章我没看过，也不是这个方向的，不过可以看到几个关键词。100个神经元，我觉得可能不太多，相较大脑的神经元实际数量来说。“阿凡达”植入的电极实在脊髓内，现在看看脊髓。脊髓是的重要组成部分，其活动受脑的控制。来自四肢和躯干的各种感觉冲动，通过脊髓的上行，包括传导浅感觉，即传导面部以外的痛觉、温度觉和粗触觉的脊髓丘脑束、传导本体感觉和精细触觉的和等，以及脊髓束的小脑本体感觉径路。这些传导径路将各种感觉冲动传达到脑，进行高级综合分析；脑的活动通过的下行，包括执行传导随意运动的以及调整的活动并调整、协调肌肉活动、维持姿势和习惯性动作，使动作协调、准确、免除震动和不必要附带动作的，通过锥体系统和锥体外系统，调整元的活动。脊髓本身能完成许多反射活动，但也受脑活动的影响。对不起用了百度百科那么不专业的信息源，就是参考一下。可以看得出（个人观点），脊髓可以看做一种大脑到四肢的一个中间件，大脑的信息到这里转换成可以驱动四肢运动的电信号，而四肢的感觉信号也在这里转换为可被大脑理解的电信号传给大脑。OK，所以我觉得，这个阿凡达实验里第二只猴子的大脑部分并没有参与实际的信息接收和处理，其实只是把主体猴子的脑活动信息识别为了脊髓可以识别并传递给躯干可接受的正确格式信号，那么通过这些信号就实现了阿凡达猴的动作和主体猴子意识的一致性。所以我理解的这个实验的过程应该是：主体猴意识活动经过模式识别转换成相应的躯干驱动信息（比如手抬手放） 再转换为脊髓刺激信号形式 通过电线无线之类的传递（调制以及解调 后转换为合理的物理电极信号） 到达刺激阿凡达猴的脊髓阿凡达猴躯干收到信号进行相应的动作我见过的现在的脑控制形式是用脑电波去操作一个机械臂或者是iPad的上的一个APP游戏什么的，因为已经应用到民用游戏了，我觉得这部分应该技术相对有点成就了。这个实验是把机械臂之类的改变成了没有脑子的猴子（没用大脑参与），所以其实本质还是机械臂类似的东西，只不过驱动不太一样。因为没有涉及到对大脑的直接操作，所以这方面我觉得没有亮点（当然脊髓和躯干之间的电信号动作映射还是也是亮点的，但是我估计有人做过这方面的研究）。关键可能在于这个植入大脑的芯片，和相应的识别模式，这个是比较关键的，因为现在大脑的研究有限，我觉得还是得靠统计学习来完成的，不知道这个识别率是不是上了一个层次，毕竟已经植入大脑了。讲了那么多废话，回答一下问题：我认为这不算是真正的异体操控，或者说这里的异体是不能有大脑活动的或者是大脑活动和脊髓隔断了。（突然让我想到一个词——生化人.......）这一技术的关键还是在于对脑活动判断的正确性，只要判断准确了，确实会砍掉现在人操作机器人的一个接口（键盘之类的），远程控制机器人会更加快，直接意识控制嘛，应用会比较广，比如战场机器人，警察机器人等等一些高危又需要人的实际判断干预的邻域，瘫痪但非脑瘫的人群的代言人，当然可以用在游戏里，作为一种全新的游戏形式。当然，可以完全代替人，人人在家都不用出去，自己的仿真人出去就好了，不过这真的好吗？可以参考，这部电影的场景就差不多是这样，会涉及到一些人类伦理的一些问题。以上观点完全是我的个人看法，我本人的研究领域和此毫无关系，所以答案仅供参考。
前几天跟一个同事聊天，她说社会上的人习惯把只有七成的事儿说成是十成的，而我们做研究的习惯把七成的事儿说成五成的还战战兢兢地怕别人能挑出漏洞来。 的答案把脑机接口说的很详细了，我想把这方面工作的意义说的更保守一些，好吧，我是来泼凉水的。找到原文再评论是基本素养。。。题主提到的应该是这个工作吧，不在单位，下不到原文，只看了一下摘要，猜错了内容我可以改。看图片我猜，这个工作可能是弄了个电极阵列从运动区读神经元发放，然后把这些发放按他们的算法解码后输入到另一只被药物瘫痪的猴子的脊椎，当主猴试图进行某个动作时，运动区的相关发放就传到另一只猴子的脊柱，然后控制另一只猴子的肢体运动，实现主猴策划的动作。我认为的意义。首先，脑机接口，这个技术是很不错的，通常都是读取一些信号，然后用这些信号去驱动外设，或者机械装置。我个人认为，这些工作，更偏工科的思路，因为这个技术的实现，算法很重要，为什么呢？因为脑工作的原理还没有搞清楚，电极从相关区域记录的信号具体代表什么，基本上都是寻找任务和诱发信号的特征关联得到的。基本逻辑是，只要找见能驱动外设的信号特征，信号的具体意义可以先放下，二者之间的联系是算法解码然后对应起来的。当然，现有的脑机接口的工作多半还是基于已经研究的比较清楚的信号，比如这篇工作中，记录的premotor neuron，他们的电活动是具有明确的运动意义的，而运动信号的理解，相对于视觉或者其他高级认知及决策功能，是比较容易和明确的。其次，这个工作的意义，是将以往的外设，换成了另一只猴子的脊椎以及四肢，难度上，肯定相对外设是大了一些，但是脊椎及运动执行系统等周边神经系统的通路，相对脑，是简单非常多的，所以个人认为，这个工作的意义是有的，而且也很有趣，但不要过度阐释，我们不是在写基金申请，过度幻想不利于看清现实。再次，从我的立场来看，脑机接口这个技术，是对神经科学研究的结果的应用，在神经科学还没搞清楚的情况下，这个领域的技术离其他答案幻想的阿凡达之类还遥不可及，而要说脑机接口领域的进步对神经科学本身有什么反哺，我觉得这种想法现阶段有点一厢情愿了。最后，大家看见类似科学新闻，如果有能力就去找找原文看，至少看一下摘要，看多了，就能还原科学研究的本来面目，而不是从噱头的角度去理解。其实众多科研人员在文章里的表达都是很实事求是的，只是容易被放大，或者片面解读，这是媒体造成的，也是大众的好起哄不求甚解造成的。综上，这个工作的意义，就是你看到的那些，“挺不错，技术挺牛，挺好玩，意义重大？也谈不上吧。
不邀自答。楼上的哥们从学术层面写的很清晰了，我就写的通俗点，比较容易看，动物控制分为三部：读脑-控脑-脑控。1、读脑：读脑就是看动物的脑子里哪一块控制哪个区域，目前我们能够清晰的掌握的就是大鼠和小鼠，比如刺激一个区域，就是举爪，另一个区域，就是眨眼睛，这是一切的第一步。2、控脑：就是通过刺激脑部神经，达到控制动物的目的。比如对于大鼠而言，它的视力很差，主要依靠胡须和嗅觉辨识，想让大鼠左转，那么通过刺激右侧胡子的相应反射区，让大鼠认为自己的右侧有东西，它就往左转了。再举个例子，使命召唤里有一段控制军犬潜入、攻击敌人的行为，就是典型的动物控脑。当然，美国使用的海豚巡视海岸线，攻击潜水员属于训练范畴，而鲨鱼控制则属于控脑。3、脑控：之前楼上已经写了，属于脑机接口范畴，说直白点就是将神经信号转化为数字信号，用思想直接控制机械。有句老话说的好：“但凡是美国人敢拍的，就是人家现在或即将实现的。”《阿凡达》大家都看过，而阿凡达计划也与此类似，就是典型的脑控技术。至于楼上所说的脑控不可能实现，我认为得怎么看，目前已有人脑机接口实现机械控制的例子，这是成功的，而美国人的这种模式是以“废掉”受体作为前提的，如果我们认为脑控要像红警里尤里那样控制人么。。那怕是没时候了。4、跑题了很久，美国猴子的异体脑控是通过麻痹掉受体猴的脊柱神经、用两边链接的电极阵实现的，我们可以试想，只要人的神经还好使，即使是植物人，应用此技术，便可以在失去意识的情况下起身、行动甚至执行任务，这个前景还是十分有意义的。手机打的，也就不补图了，若是有赞再说吧，么么哒。-------------19日更：今天应评论区说法，特意去看了超验骇客 这部电影中开头往男主脑袋上x了一堆电极阵，之后他不停地说话、读取数据，就是脑机接口，把生物电信号转化为数字信号。不过之后纳米机器人控制人类那段。。太夸张了，不过归于控脑范畴吧。
这一技术属于脑机接口的范畴。脑机接口（：brain-computer interface，简称BCI；有时也称作direct neural interface或者brain-machine interface），是在或（或者脑细胞的培养物）与外部设备间创建的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下，计算机或者接受脑传来的命令，或者发送信号到脑（例如视频重建），但不能同时发送和接收信号而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换。[1]更具体一点，这个研究属于双向脑机接口，而且是异体双向脑机接口。在这之前，脑机接口已经取得了一定的成果。早在90年代，Nicolelis的研究小组就实现了让猴子用一年操控机械手臂[2]。但这种脑机接口是单向的，也就是说只能让大脑发送信息控制机械，而大脑不能收到来自机械的反馈。随后的脑机接口研究不断发展。就在去年，在coursera上教computational neuroscience的rajesh rao和他的同事实现了human-to-human的脑机接口[3]。前景：我认为在彻底了解大脑工作原理之前，脑机接口是神经科学最有希望产生实用成果的方向之一。脑机接口其实更接近于工程中的模式识别，工作原理是找出某种动作所对应的神经元激活模式，再通过模式匹配实现控制。这项技术并不需要了解大脑工作原理，只要把大脑当成个黑箱子，观察输入输出就行了。。顺便说一句，”脑控“以目前的技术仍然是不可能实现的。因为要实现”控制“，必须先要有模式，而被试不配合的话是找不出这个模式的。这个技术还有一个技术上的问题。如果要用侵入式来读取神经信号，就是往脑里植芯片的话，且不说开颅手术的风险，这个芯片电路时间长了容易被腐蚀。而如果用非侵入式的话比较常用的是EEG（就是脑电波），但是这个东西得到的信号很粗糙，空间分辨率极低，准确度不好保证。那位用脑机接口教弹钢琴的。。说不定老师弹巴赫，设备识别成贝多芬，再到学生那就群魔乱舞了。。[1][2][3]
意义重大 首先在基础研究层面这项研究的成功有助于科学家理解神经系统如何控制有意识有目的性的精细活动，有助于阐明高级运动指令在高级中枢的形成和向脊髓四肢的信号传达以及反馈调节的具体联系和机制。而在应用层面，此研究使得对各种运动障碍的深入理解成为可能，可为此类疾病提供新的治疗思路。而此研究最戳我兴奋点的地方在于，我们也许可以应用这个装置缩短需要大量经验积累和试错纠正过程才能习得的技能的学习时间。。。试想如下情景在一堂刚琴课上 老师正带领几个学生爬某个超高难度的钢琴谱。学生： 师太……这谱子让我们自己爬恐怕力有未逮，还是请您老再师范几遍，再帮我们找找感觉何如？老师： "也罢，那就请各位什么都不要想，什么都不要做，把双手放松的搭在琴键上，任凭它们在琴键上起舞，而心只需追随双手的感觉而莫让双手的感触扰乱了心的感悟……那么，我就再师范一遍。"说罢老师擦了擦汗涔涔的额头 深吸一口气 抬手打开了头部安装的千手牌人手部意念高精控制器开关。"你们知道一次控制这么多双手是很费查克拉的。"脑机接口原理及系统组成--《科技风》2013年16期
脑机接口原理及系统组成
【摘要】：脑机接口使人能够在没有正常大脑信息输出通路参与的情况下,直接与外部环境交流,而且不需要任何语言和动作。本文详述了脑机接口技术的发展状况、工作原理及系统组成结构。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TP11;TP334.7【正文快照】：
脑机接口(Brain-computerInterface,BC)I是在人脑和计算机或其他电子设备之间建立的不依赖于常规大脑信息输出通路(外周神经和肌肉组织)的全新对外信息交流和控制的通信系统。它涉及计算机科学、认知神经科学、通讯与控制、电子技术等多个学科。它在MIT推测的“21世纪能改变
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