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未听其声,而知其要唱什么

发布时间:2018-01-19 作者:派智库 来源:中宏数据库整理 浏览:【字体:

脑机结合一直是科学界一个非常超前的概念。尽管前段时间南非金山大学的研究人员宣布他们首次实现了人脑和互联网的实时连接,但是由于用来解码大脑神经元信息的技术目前还很有限,我们对于自己的大脑活动依旧知之甚少。 内容来自dedecms

尽管人类对于大脑活动的认知才刚刚开始,但也有不少收获。最近,来自加州大学的研究人员就拿“会唱歌”的斑马雀试了试,结果发现他们创建的“大脑一鸟鸣”脑机接口通过检测斑马雀的脑部活动可以在大约30毫秒之前知道它要“唱什么歌”。 内容来自dedecms

研究人员直接从斑马雀的神经活动中解码出了它的叫声,类似的方法未来同样可以应用到人类思想的传递上。 copyright dedecms

有两段音频,一个是研究人员捕捉到的斑马雀真实的叫声,一个是通过分析斑马雀大脑里神经活动的记录预测出来的声音。 内容来自dedecms

研究人员使用硅电极来测量斑马雀大脑内的感觉运动神经元(发出鸣叫指令的部位)的电活动。他们把神经元放电模式和斑马雀实际的鸣叫声输入一款神经网络模型中,该软件会记录鸟鸣声的开始、结束以及频率的变化等信息,之后进行深度学习,并完成“神经一鸟鸣声的频谱映射”。 织梦内容管理系统

简单一点来理解就是研究人员可以通过他们的神经网络模型预测斑马雀的鸣叫声,这也就意味着他们已经可以解码斑马雀发声时的大脑活动信息了。而可以捕获大脑的输出——记录神经元所说的话,就能预测生物体的行为;能够预测行为,我们就能恢复生物体受损的运动功能,比如利用人脑控制感应器来支配ALS患者的假肢活动。

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之前做过基于猴子叫声的脑机结合实验的美国研究员表示,鸟类的鸣叫声范围更广,了解“基本神经单元如何组合创造复杂的歌曲”这件事对人类言语行为的研究来说意义重大。

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就目前的研究现状来看,在人体中尝试的脑机结合实验比较局限,主要是跟踪手臂运动的神经信号。而那些通过戴个头盔或者在脑部植入微型芯片就能毫不费力地明白大脑想说的话的设想,到现在为止还只是个遥远的梦。 织梦内容管理系统

不过加州大学的新研究显示,这些设想也并非不可能实现。研究人员已经可以直接解码鸟类发声这种极为复杂的神经活动信息了,下一步利用解码的神经信号来推断生物体的运动甚至言语行为也就变得容易了。

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芯片有“嗅觉”

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芯片能不能模仿人类的感官能力呢?

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比如说嗅觉,有人在做饭,香喷喷的饭菜端上桌子,旁边的机器里有这么块芯片,然后机器觉得饿了,偷吃了你两口麻辣小龙虾。再比如说,有人放屁了,这个机器觉得难受,就自己跑远了,离开无色有味的有毒气体所在地。

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或者,干脆芯片都可以有味觉,让机器偷吃了你的麻小之后,还能咂摸出各种滋味来,回头给你来个五星好评。是不是听起来很美好呢?

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其实,这一切都不是没可能。当然了,以上说的都只是未来进行时,现在当然不会那么高级。可是,尼日利亚的一个科学家还真做出一个有嗅觉的芯片,让我们的期待不至于无处安放。

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这位科学家的名字叫Agabi。这位青年科学家基于小鼠的神经元造出一种芯片,它可以识别爆炸物的气味。这是世界第一块可以识别气味的芯片。 织梦好,好织梦

这个芯片可以植入未来机器人的大脑当中,充当它们的嗅觉神经,可以被训练用来识别各种危险的气味。这样一来,它就可以在机场、地铁、会场等场合代替或加强传统的安检方式,检测易燃易爆易挥发的危险品,还可以用在医院当中,用于检测癌症等疾病。

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现在很多科学家都在绞尽脑汁让计算机变得更强大,比如说马斯克在脑机接口项目的各种努力。Agabi也希望他的计算机成为最强大的处理器。 本文来自织梦

Agabi宣称他的超级计算机,可以模拟204个大脑神经元的力量。看他的研究思路:

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“为什么非要去复制一个神经元,而不是把细胞本身或其他什么东西,直接拿过来使用呢?”根据这个想法,他跟遗传学家、物理学家、生物工程师等等展开合作,一起来做这个项目。 织梦内容管理系统

最终,做出来了这个设备,命名为“Koniku Kore”。它的块头相当于一个调制解调器大小,可以植入未来的机器人当中充当大脑。这个设备并不是基于硅建成的,而是小鼠的神经元。而且,每一块芯片都是硅和神经元的奇异混合物。Koniku Kore上面带有传感器,可以检测和识别各种气体。 本文来自织梦

这个项目最大的挑战是怎么让神经元活着。他们找到了一种办法,可以让神经元在实验室环境下存活两年,以及在设备当中存活两个月。

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如果芯片闻到太过难闻的味道罢工了怎么办?

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打游戏无需动手 织梦好,好织梦

近日,七家科技企业联合研发的VR与脑机结合技术平台首度上线。其机制是通过VR创建受控环境,从而能够仔细测量脑波和其他参数。因此,它们可以采集和分析每只眼睛的数据,可视化人们的情感,以及创建出匹配运动和情感的数据集。 dedecms.com

虽然市面上已经出现了许多VR工具,但VR OAT是第一个把VR与脑电波和心率等生物物理数据结合在一个平台中,以判断用户情绪和创建用于商业目的的数据集的“情绪数据平台”。该公司联合体现阶段正把目光放在教育、培训、医药和娱乐市场。另外,它们同样在寻求开发与产品设计、购物营销和工业生产、以及医疗保健和培训等相关工具。 copyright dedecms

无独有偶,一家名为Neurable的公司也为下一代计算平台开发了脑机接口。它们表示,他们的革命性技术只需大脑意念即可让人们与AR/VR环境进行交互。这种技术已经可以用于虚拟键盘打字和控制假肢,以及开发意念控制VR游戏等。其中最理想的一个解决方案是脑机界面,其中用户可以通过大脑意念来滑动菜单,选择项目,启动应用程序,操纵对象,甚至是输入文本。Neurable也与其他公司合作研发了VR游戏,允许玩家通过自己的大脑意念操纵对象和对抗敌人,不需要使用任何手持控制器。 织梦好,好织梦

我们可以想象一下,高性能、非侵入性、直观的脑机接口将给虚拟现实和增强现实带来的生产力革命。 织梦内容管理系统

意念让音乐继续 织梦内容管理系统

脑音器,只需要戴上帽子,想象演奏乐器的动作,或者眨眨眼睛,就会有音乐声响起。 内容来自dedecms

听起来这么神棍,真的不是把哆啦A梦的道具换个说法拿来唬人吗?

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非也非也,脑音器背后的原理非常科学。让我们看一下全套设备: 织梦内容管理系统

头上那几个圆片是电极,负责接收大脑发出的信号,肚子上的盒子是合成器,负责把大脑信号翻译成音符,然后通过音响把音乐播放出来。实际上,脑音器运用的就是近年来很火的脑机接口技术。 织梦内容管理系统

这个技术并不新,原理是把大脑里的电信号用图像记录下来,然后再对其进行加工。在60年代,科学家就能把大脑信号转化成音乐,但是操作难度很大,功能也只限于转换信号。脑音器克服了这两个缺点,操作简单,能直接用大脑活动来控制,而且不需要开刀,无创便携。

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实现了用大脑演奏音乐只是第一步,研究者的终极目标是让患者恢复健康。音乐本来就被用来治疗脑部损伤,帮助患者恢复大脑功能。利用脑音器,加上物理疗法,患者甚至有希望恢复运动能力。 织梦好,好织梦

现在该觉得脑音器非常有用了吧?

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接下来脑音器会继续改进,让它能演奏更多种类的音乐,也变得更适合病患使用。进展顺利的话,到2018年我们就能看到“大脑奏乐者”的公开音乐会啦。

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“神经花边”不神经

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科学家认为双向脑机接口技术或许能够成为搭建神经连接的必要一步。打造这样一种双向脑机接口是他们的研究目标。最近借助电子疗法进行的靶向治疗也获得了令人激动的成功,这种疗法使用微型植入物直接向内脏器官传递指令来治疗疾病,完全不需要药物。

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研究人员已经发现了一种新的方式来克服电信号与生物信号之间的语言障碍。比如说注射“神经花边”或许能够成为一种有希望的方式,让神经元旁边长出植人性电极而不是排斥它们。此外,柔软的纳米线探针、柔软的神经元支架和玻璃碳接口或许能够让计算机在未来与我们人类愉快共存。 织梦内容管理系统

将我们人类的大脑直接与技术相连或许最终将成为一种自然过程,人类随着老化会借助技术来增强自身,比如说人类曾经借助轮椅克服两足行走的障碍,借助写下来的符号增强记忆等。就像现在的计算机、智能手机和虚拟现实头盔一样。当人机接口设备最终进入消费者市场时,它们将成为一种兴奋、沮丧、风险和希望并存的产物。 内容来自dedecms

在不远的将来,随着脑机接口技术的不断完善,并且当这项技术能够让残疾人的个体能力超越人类限制时,我们就会真正意识到一系列问题,比如说隐私、一致性、身份和平等性等。一个由哲学家、临床医生和工程师组成的团队正在积极探索这些涉及伦理、道德和社会公平性的问题,并且想要在这一领域失去控制之前提供神经伦理方面的指导方针。

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商业化应用“火候未到” 织梦好,好织梦

脑机接口技术的两种形式,非侵入式和侵入式。

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非侵入式的脑机接口主要是通过电图传感器(EEG)来采集大脑释放的信号,它不需要像侵入式的将一些采集信号的设备植入到皮肤中,所以安全性以及易用性会更高,商业化落地的困难也相对要低。但是也存在着采集信号的精准度不高、信息量少等问题。 copyright dedecms

侵入式的脑机接口更多的是在各大科研机构的实验室中,主要是在大脑皮层中植入电级,它的采集信号的时间分辨率会很高,但是危险性和植入难度比较大。此前有荷兰乌特勒支大学医学院通过这种侵入式的脑机接口实验,成功让全身瘫痪的病人用“意念”与他人进行文字交流。 织梦好,好织梦

不过,消费级倾向的脑机接口应用产品都以非侵入式为主,所以,如果脑机接口技术走入大众视野,还是得从非侵入式开始。 copyright dedecms

作为一项高精技术,脑机接口技术也免不了从娱乐的角度切入到消费市场。 织梦好,好织梦

首先是VR游戏应用中,非侵入式的脑机接口设备连接到VR头显中,用思维控制虚拟现实中的一些动作,从而带来一种更加自然的交互。不过,在实际应用上仍然有很大的局限性,而且需要提前进行大量的学习,让机器掌握了解你的思维模式,再和它已有的动作库进行配对。 copyright dedecms

其次是最为广泛应用的医疗领域,例如,可以根据脑机接口技术开发出一些疾病的检测系统,这样就可以直接通过脑控设备进行远程诊断。而医疗健康中应用更多的是医疗恢复,比如让一些身患残疾的人重新拥有感觉功能,或者直接通过思维活动和外界进行交流。 织梦好,好织梦

其实,医疗康复应用中也经常会和VR结合,如VR神经康复治疗系统MindMotionPro,通过设计好的VR体验来刺激患者大脑对身体做出相应的活动,让身体慢慢地重新回到大脑的控制。再就是使用由大脑控制的机械外骨架,并让患者置身于虚拟现实环境中,通过反复的训练去改善病人的知觉。 织梦好,好织梦

除此之外,脑波技术的应用领域非常广泛,包括教育、软件以及军事等等。 dedecms.com

总的来看,脑机接口技术在医疗上的应用前景非常之广,但是目前实际落地应用的情况并不明朗。而商业化应用依然存在很多局限性,包括成本高、风险大等等问题。

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脑机接口对于未来技术发展的意义不言而喻,以脑机接口为代表的神经技术的突破使得脑与计算机之间的结合越来越紧密,脑机融合及其一体化已成为未来计算技术发展的一个重要趋势。

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确实,任何一项科技越极简化,它的使用价值也会越高,而脑波技术将基于大脑的传感做了极简化,未来必然会是核心科技之一,现在只是时候未到。 dedecms.com

BBCI:现实很“骨感”

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脑机接口技术领域的许多研究都以改善那些瘫痪或者患有严重运动残疾的人们生活质量为目标。

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匹兹堡大学的研究人员借助大脑中记录的信号来操控一只机器手臂。斯坦福大学的研究人员能够从瘫痪病人的脑电波中提取运动意图,让他们无线操控一台平板电脑。

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研究人员发现,当电信号传递到大脑内或者大脑皮层时,就会有一些有限的虚拟感觉传递回大脑。这一研究最早的应用涉及到视觉和声觉康复治疗。最早期的仿生眼具有严重的视觉障碍,而改善后的版本正在进行人类临床实验。此外,人工电子耳蜗已经成为最成功而且最普遍的仿生植人物之一,全世界超过30万患者正借助这种听力装置生活。

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目前最复杂的脑机接口技术是双向脑机接口技术(BBCI),这项技术不仅能够接收神经系统信号还能够刺激神经系统。研究人员将双向脑机接口技术视作治疗中风和脊髓受伤患者的一种全新康复工具。研究人员已经表明,双向脑机接口技术能够用于增强两个大脑区域之间或者大脑与脊髓之间的连接,而且能够变更受伤区域的信息传递路线来激活麻痹的肢体。 copyright dedecms

随着这些技术的成功,你或许认为脑机接口即将成为下一个用户的消费必需品,但是这项技术仍然处于早期阶段。脑机接口技术的一些展示表明我们仍然还有很长一段路。当借助脑机接口技术进行移动时,与肢体健康人群的日常生活相比,实验者的动作很缓慢而且精准度较低。仿生眼为人们提供了分辨率较低的视力,人工电子耳蜗能够传递有限的谈话内容,而且会让音乐体验失真。

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想要让这些技术成功,必须通过外科手术植入电极,而这种方式是现在的大多数人都不考虑的。研究人员称,并非所有的脑机接口技术都是侵人性的。非侵人性的脑机接口技术不需要进行外科手术,它们是建立在头皮脑电波扫描的基础上,而且用于演示操控鼠标指针、轮椅、机器手臂、无人机和人形机器人等,甚至还有脑脑之间的直接交流。

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但是所有这些演示都是在实验室中的,实验室中的房问是非常安静的,而且测试者思想集中,实验也持续了足够长的时间来证实概念的可行性。但是这些系统在现实世界中难以满足实际使用所需要的速度和稳定性。即使借助植入电极,也会带来其它问题,比如说我们大脑构造的复杂性。

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尽管面对不少挑战,科学家们对于生物学未来信心十足。脑机接口技术并不需要完美,大脑有着惊人的适应能力,而且能够学会使用这项技术,在某种程度上就像我们学习驾驶汽车或者使用触屏界面的新技能。(nc-1420171103)

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