【脑客中国】尧德中:脑-器交互学-概念与实例

时间:2022-10-11 编辑:瀚翔医疗 浏览数:5056

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我在这儿给大家分享一下脑-器交互学科领域里的简单认识,我主要简单介绍一下概念,也会举一些相关的例子。我准备从这四个方面介绍:脑-器交互的概念;脑-器官交互;脑-器械交互以及脑-器融合。


脑-运动器官交互举例

首先看个例子,我们人和动物在运动起来的时候是非常非常协调的。为什么能做到这一点呢?就是因为我们的大脑、我们的器官有一个非常完美的信息交互与沟通系统。


那么当然,从科学的角度去看,那是因为我们体内有一个精致的闭环的感觉运动系统,从大脑到小脑,到肌肉,到关节,最后到肌梭,运动过程中,信息实时反馈,各司其职,才能协调的完成一项运动。这是一个典型的脑和生命器官交互的一个例子。


脑-机械手运动举例

科学发展是十分迅速的,到今天,我们希望能够发展出脑与脑外器官(如机械手)交互的工具。这个是19年国外发表的一个文章。可以看到,这就是用脑电控制机械手运动的场景,机械手可以跟踪屏幕中的白色球点运动。在去年,很多人转发过这个视频,这也是因为这个实验很有影响力。但是,如果把这个和现实中的人或动物运动行为比较的话,当然是微不足道了。



脑-听觉系统举例

我们再看一个脑与听觉系统相关的例子。我们经常说“眼观六路,耳听八方”。我们之所以可以做到“耳听八方”,在生物进化过程中归结于两种生物反馈机制。


比如说我们现实生活中有很多人的耳朵是可以运动的,其实调节耳朵运动,就可以调节声音输入的方向,这种机制类似于转动天线就可以接受不同的信号,而我们就是通过这种机制来聚焦目标声音。


第二个就是信息处理。我们听到的信息怎么进行处理呢?举个简单的例子,在鸡尾酒会里面,环境氛围是比较差的,噪声非常大,但是我们仍然可以听到想听到的声音内容。这是因为我们大脑里面有非常强大的信息处理机制,可以从噪音背景中筛选提取我们的目标内容。


我们体内有一个非常精致的(闭环的)听觉系统。这是一套非常复杂的信息处理系统,我们暂时就不深入分享了。


当然我们现在也想做一个脑与器官交互来替代听觉系统的工具,也就是“脑—人工耳蜗交互”。在全球,人工耳蜗已经帮助很多听力受损的人。但是目前的人工耳蜗与传统进化意义上的人工耳蜗相比,差别依然很大,也有很多的不足。比如说,有些人是不能装人工耳蜗的,癫痫患者,精神病,听神经损伤等群体,也有一部分人装了人工耳蜗,但是由于无法与大脑很好的结合,效果是不显著的。

脑-器交互案例启示

从这些例子我们可以看出,首先在人类长期进化中,“脑与生命器官交互”的存在是有很大意义的,而“脑与非生命器械”之间的交互是对未来文明和科技进步的探索。在古代,“器”字代表着“器械”“器官”,而在英文单词“Apparatus”也可以表达“器械”“器官”等事物,这可能是中西方文化的巧合,也可能是人类认知发展的一致性。


基于这样的背景下,我们提出了“脑器交互”的概念,英文叫做“Brain-Apparatus-Conversation(BAC)”。


在座的很多人可能对脑器结合是感兴趣的,关于脑机接口最早的文章是1973年Vidal发表的,就是用Apparatus作为外界设备进行康复训练以及宇宙探索,这个词也经常用于通讯领域。


也就是说“器”这个词,在国内外都是不陌生的。


脑机接口概念

“脑机接口”这个概念很早就出现了,但是我们觉得有些狭隘,因此把它拓宽成“脑器交互”的范围。


最近我们写了一篇文章,我们将“脑器交互”做了一个系统的介绍。大家感兴趣的可以下载看看。为了方便大家理解,我们也在百度百科上面补充了这个词条。脑器交互涉及脑认知、脑疾病、混合智能的多学科且包容性非常强的一个领域。


我们把脑器交互(Brain apparatus conversations,BAC)定义成大脑与非生物器械和生物器官或系统之间的单向或双向通信。脑-器交互学(Bacomics),是一个覆盖多类脑-器交互问题的新兴交叉学科。脑器交互学不仅仅是整合了之前认为不相关的多个领域,而且为大脑的研究、开发和保护打开了一扇新的大门,展示了更为广阔的空间,相关的原理则为BAC的各种实现及其优化提供了基本的理论框架,其面临的挑战和孕育的机遇则期待有更多的参与和发展。


如果我们把“脑器交互”当成一个学科的话,按照与生物器官与非生物器官的交互应该分为三类。第一个部分就是,脑与计算机等器械的交互,第二个就是脑与生物器官的交互(BCI),第三个是前两部分的融合(BOC),是关于脑与器官/器械交互的融合(BAC)。


下面介绍几个我们课题组做的相关的例子。


第一个是“脑器交互”,脑与计算机或者器械的交互,也就说我们通常说的“脑机接口(BCI)”。


关于脑机接口的框架,大家已经非常清楚了。最典型的“脑机接口”就是用脑电采集脑信号,将信号采集后提交给计算机,来实现信号的处理与呈现。


现在的BCI包含着五大任务,第一个是替代我们传统通过肌肉运动来实现的功能,第二个是恢复感觉等功能,第三个是作为人类辅助工具,比如人长时间驾驶后十分疲劳,可通过“脑器交互”提醒司机休息。第四个可以辅助人类完成无法完成或者较难完成的事情,第五个是增强我们的身体功能,比如通过BCI帮助患者进行康复训练。当然目前的分类并不是绝对的。


注:上述内容在征得尧德中老师同意后,在不改变原意的情况下进行的部分文字整理。观看完整视频内容请扫描下方二维码。



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