“即插即用”的大腦假體:無需大量的日常培訓即可工作
科學家們已經(jīng)完成了有史以來首次演示,該演示是由癱瘓者控制的“即插即用”的大腦假體。
該系統(tǒng)使用機器學習來幫助個人僅用大腦控制計算機界面。與大多數(shù)腦機接口(BCI)不同,該AI無需大量的日常培訓即可工作。
這項研究的資深作者Karunesh Ganguly,加州大學舊金山分校神經(jīng)病學系副教授,在一項聲明中描述了這一突破:
近年來,BCI領域取得了長足的進步,但是由于必須每天對現(xiàn)有系統(tǒng)進行重置和重新校準,因此它們無法利用大腦的自然學習過程。這就像要求某人從頭開始反復學習騎自行車。適應人工學習系統(tǒng)以使其能夠與大腦復雜的長期學習模式平滑配合,這在癱瘓者中從未有過。
該系統(tǒng)使用大小約為便簽紙的皮質(zhì)腦電圖(ECoG)陣列。該陣列直接放置在大腦表面上,在此處監(jiān)視來自大腦皮層的電活動。
研究人員聲稱該系統(tǒng)可以長期,穩(wěn)定地記錄神經(jīng)活動。相對于 由穿透大腦組織的尖銳電極組成的BCI而言,這具有優(yōu)勢,因為它們會隨著時間的流逝而改變或丟失信號。
該團隊在一個四肢癱瘓的人身上測試了該系統(tǒng),并用它來控制屏幕上的計算機光標。首先,他們要求用戶在觀看光標移動時想象自己的脖子和手腕運動。這導致算法逐漸進行自我更新,因此可以使光標的移動與大腦活動相匹配。
但是,此耗時的過程限制了用戶的控制。因此研究人員嘗試了另一種方法:允許算法無需每天重置即可繼續(xù)更新。
Ganguly說,這導致了系統(tǒng)性能的不斷改進:
我們發(fā)現(xiàn),通過確保算法的更新速度不超過大腦的更新速度,可以每10秒一次,從而進一步改善學習。我們認為這是試圖在大腦和計算機這兩個學習系統(tǒng)之間建立伙伴關(guān)系,最終使人工界面成為用戶的延伸,就像他們自己的手或手臂一樣。
隨著試驗的進行,用戶的大腦開始放大移動光標的神經(jīng)活動的模式。最終,他們開發(fā)了根深蒂固的心理“模型”來控制界面。研究人員隨后關(guān)閉了算法的更新,因此參與者無需每天進行調(diào)整即可使用該系統(tǒng)。
當系統(tǒng)在未經(jīng)培訓或日常練習的情況下將其性能保持44天時,研究人員開始向BCI添加其他功能,例如“單擊”虛擬按鈕,而不會降低性能。
Ganguly現(xiàn)在希望在更復雜的機器人系統(tǒng)(包括假肢)中使用ECoG記錄。
他說:“可以說,我們一直都在設計一種技術(shù),這種技術(shù)不能最終出現(xiàn)在抽屜里,但是實際上可以改善癱瘓患者的日常生活。” “這些數(shù)據(jù)表明,基于ECoG的BCI可能是這種技術(shù)的基礎!
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