腦機(jī)接口信息傳輸研究取得新突破

楊智

據(jù)美國(guó)PNAS，2015，112（44）：15080801 12報(bào)道，中國(guó)清華大學(xué)的高上凱、高小榕及中科院半導(dǎo)體研究所的王毅軍等人構(gòu)建了一種無(wú)創(chuàng)的腦機(jī)接口系統(tǒng)，將信息傳輸速率提升到迄今最快的約每分鐘60個(gè)字符。

腦機(jī)接口是在人或動(dòng)物腦與外部沒(méi)備之間建立直接通信途徑的技術(shù)，常用來(lái)恢復(fù)感覺(jué)功能障礙患者的某些感知能力，或者幫助運(yùn)動(dòng)功能障礙患者實(shí)現(xiàn)肢體運(yùn)動(dòng)及外部設(shè)備的控制。一種腦機(jī)接口技術(shù)是腦機(jī)接口拼讀系統(tǒng)（BCI speller），旨在通過(guò)檢測(cè)和分析腦電信號(hào)來(lái)識(shí)讀當(dāng)事人所注意的字符，幫助因癱瘓而不能運(yùn)用發(fā)音器官和肢體的患者進(jìn)行言語(yǔ)表達(dá)。

到目前為止，在上述拼讀系統(tǒng)中檢測(cè)腦信號(hào)最常用的方法是腦電圖，但由于腦電信號(hào)的信噪比低，每分鐘至多拼讀5個(gè)字符，而用有創(chuàng)的多神經(jīng)元記錄方法可將傳輸速率提高到30多個(gè)字符。傳輸速率不高仍是腦機(jī)接口拼讀系統(tǒng)用于人真實(shí)生活的一個(gè)阻礙。

高上凱等研究者發(fā)現(xiàn)，通過(guò)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)“穩(wěn)定狀態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位”（SSVEP），能提高信息傳輸?shù)乃俾省ｊP(guān)鍵在于，SSVEP的視覺(jué)延遲是很穩(wěn)定的，從而可以把刺激信號(hào)的頻率和相位精確編碼在單次提取的SSVEP中。由此，研究者開發(fā)了一種結(jié)合頻率與相位信息對(duì)SSVEP進(jìn)行解析的方法，大大提高了信噪比。

在他們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中，受試者注視閃爍的顯示器上40個(gè)字符中被特別標(biāo)識(shí)的那個(gè)字符，顯示的時(shí)間和標(biāo)識(shí)的轉(zhuǎn)換由實(shí)驗(yàn)程序控制。SSVEP信號(hào)由佩戴在受試者頭部的電極連接外部設(shè)備加以記錄。在自由拼讀任務(wù)中，平均拼讀速率為每分鐘50.83+11.63個(gè)字符，最高約相當(dāng)于12個(gè)單詞。

高上凱等人的研究使腦機(jī)接口拼讀系統(tǒng)的信息傳輸速率更接近于實(shí)用的水平。