专题课程
脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI），有时也称作Direct Neural Interface或Brain-Machine Interface，它是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立的直接连接通路。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。
脑机接口不仅在神经学方面有很多应用，还是研究神经元整体动力学的有力工具。但在任何实际接口中，能得到的记录位点数量都是有限的，而研究人员想得到来自每个位点的尽可能完全的信号。为了建立更好的脑—机接口，研究人员开始更深入地观察低于神经元兴奋阈值以下的活动。
最近，美国加利福尼亚大学伯克利分校一个研究小组正设法利用那些更小的电位，作为意志意图的指标，研究大脑在学习过程中的意志活动。而这些指标隐藏在钙信号中。
该小组由电气工程师Jose Carmena领导。研究人员训练小鼠能响应音调高低来调整自己的神经兴奋性，目标集中在小鼠的层Ⅱ-Ⅲ（layerⅡ-Ⅲ）神经元上，这些神经元形成了小鼠的运动皮层或体感皮层，由基因编码的钙指标gcamP6f来专门表达。研究人员用双光子成像来记录这种钙指标信号，能记录到150×150平方微米视域内的每个细胞。他们用与峰值有关的钙信号训练小鼠操控声音光标，结果小鼠只用几天就学会了这项任务，并在随后的时间里表现得越来越好。研究结果发表在最近出版的《自然·神经科学》杂志上。
研究人员解释说，只用皮层锥体细胞产生的峰值有很多问题。阈值以下电位或离子流与细胞的峰值行为相关，但也并非总是如此。比如，脑干眼球运动神经元突然放电频率超过300HZ，只是为了“吸引”眼球的注意；而听觉神经元为了分辨一个特殊音调，也会产生大致相同的脉冲。一个锥体细胞可能每隔几秒才兴奋一下，直到做完全不同的事，它们才会选择放电。如果希望锥体细胞的树突和突触放电过程保持大致相同的频率，显然这样的结果会丢失许多信息。
而那些例外的锥体细胞峰值可能更有用。它们反映的情况或许是在几百只苍蝇中有一只飞向一匹马，让马突然弓背跃起；也或许是在一群猩猩中，猩猩爸爸们在打盹，而一只小猩猩跟爸爸玩闹过了火，猩猩爸爸猛然跃起追逐这个讨厌的小家伙。锥体细胞也可能自己产生峰值，比如开饭的铃声。
论文中还指出，只记录峰值从总体上不能反应皮层处理信息的过程。如果不把多种丰富的神经元现象考虑进来，要想重新构建一种算法，把刺激因素，或对内部意图的推测完整拼接在一起是非常困难的。
虽然要把实验转移到人类身上，还需要很多实验硬件，但新研究为科学家从脑中获悉个体意愿提供了一些基本的新线索。
对脑机接口的研究已持续了超过40年了。20世纪90年代中期以来，从实验中获得的此类知识显著增长。在多年来动物实验的实践基础上，应用于人体的早期植入设备被设计及制造出来，用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。研究的主线是大脑不同寻常的皮层可塑性，它与脑机接口相适应，可以象自然肢体那样控制植入的假肢。
在当前所取得的技术与知识的进展之下，脑机接口研究的先驱者们可令人信服地尝试制造出增强人体功能的脑机接口，而不仅仅止于恢复人体的功能。这种技术在以前还只存在于科幻小说之中。
收藏(0)
赞 
粤公网安备44010602001432号