多伦多儿童医院的脑机接口实验正在进行

通过使用传感器耳机，孩子们可以作为实验的参与者帮助研究人员进行技术微调，从而帮助我们接近脑机接口技术更加成熟的未来。

6 岁的 Gisele Alnaser 在多伦多的 Holland Bloorview 儿童康复医院。Gisele 正在尝试一种大脑接口耳机，这种耳机可以根据她的想法打开和关闭笔记本电脑上的音乐视频。

当流行的儿歌《小鲨鱼》的声音在安静的会议室中响起时， Gisele Alnaser 笑了。随着音乐从笔记本电脑的扬声器中流淌出来，她快乐的笑声让房间里的其它人眼中也流露出笑意。

一小会儿后，一切都安静了下来。Gisele Alnaser 注意到了这件事。“让它再播放一次！加油！” Alnaser 的妈妈 Samah Dawish 对这个六岁的孩子鼓励道。少女的脸上出现坚定的神色。只过了几秒，曲子又重新播放起来。

“呜呜，干得好！”

研究小组帮助吉赛尔进行实验

Alnaser 没有用她的手或语言来控制音乐的播放。事实上，作为参与 Holland Bloorview 儿童康复医院尖端脑机接口 (BCI) 实验的 34 名儿童之一，她是通过使用自己的“思想”播放音乐。

Alnaser 出生时伴随了一个基因突变——CAMK2B——它在大脑发育中起关键作用。因此，她的成长不得不伴随着发育迟缓的症状，这严重限制了她的行动能力和语言交流。

从去年开始，她一直在使用生物技术公司 Emotiv 的 BCI 设备 Epoc-X 耳机进行相关培训。Epoc-X 由一系列传感器组成，它通过一个轻量级的头盔式框架，将用户连接到笔记本电脑，并通过佩戴者头部的传导器接收脑电波。由 Holland Bloorview 设计的名为 Mindset 的软件会解码这些信号并将其转换为可操作的命令，供计算机执行。

研究工程师 Leslie Mumford（左）和职业治疗师 Susannah Van Damme（右）在练习期间将 Epoc-X 耳机戴在 Giselle 身上。中间是 Gisele 的母亲 Samah Dawish。

耳机的传感器垫从佩戴者的大脑中接收信号。上图为传感器浸泡在盐溶液中。

戴上头盔时，像 Gisele 这样的孩子既是用户又是一个数据收集点。他们为 Mindset 软件提供信息，这些信息可以用于评估和预测佩戴者希望通过该设备做出的行为。

为了实现这个目标，该软件结合了两种技术。

首先是教用户“激活想法”，即可以与虚拟动作相关联的图像和想法。比如，一般情况下， Alnaser 的激活想法是拍手，她用它来触发 Baby Shark 视频上的暂停和播放按钮。

职业治疗师兼 Holland Bloorview BCI 诊所项目协调员 Susannah Van Damme 表示，每个人对命令的偏好都会有所不同。例如，有些人可能会使用一些直接反映他们试图采取的动作的提示，而不是间接提示，例如 Alnaser 通过拍手命令开始播放视频。“如果我要考虑打网球，以及如何移动我的手臂来挥动球拍来击球，我的动作就可能是挥手。”Van Damme 女士说。

第二部分是所谓的“安静的大脑”活动，或者说是 BCI 设备的用户完全“清除”头脑中的想法的时期。Mindset 软件使用它来区分可操作和不可操作的想法。

Van Damme 女士表示， BCI 诊所的目标是改进软件，以便在未来像 Gisele 这样的孩子可以使用脑机接口技术来更好地控制他们的周围环境。

“具有强烈意愿在将来顺利使用脑机界面的孩子是那些无法通过语音访问 Siri 或 Alexa 、并且在计算机上打字有困难的孩子。”她说。

“通过脑机接口，他们只需要使用他们的思维模式就能完成他们想要完成的事情。”

Gisele 的父母热情地感谢 Van Damme 女士，描述了因为看到女儿成功通过 BCI 技术表达自己需求的兴奋。

“说实话，这相当令人兴奋，”Gisele 的父亲 Naser Alnaser 说，他和 Dawish 女士一样从事 IT 工作，对基于通信的技术有着专业的理解能力。

“有时我看到自己的女儿在饥饿或口渴时无法真正开始唱歌、甚至无法交流，我会为此会变得有点情绪化。但是现在，她可以互动，可以玩她喜欢的东西；如果她想，还可以和我说话。”

患有脑瘫的 15 岁男孩亚当·哈格蒂（Adam Haggarty）在他的母亲琼（Joan）旁观下尝试使用界面。亚当有足够的机动性来手动控制电动轮椅。

Van Damme 女士将颜料添加到 Adam 远程控制的球上，以创建蓝色和橙色图案。

BCI 诊所的另一个参与者是 15 岁的Adam Haggarty ，他患有脑瘫，平时使用手控轮椅。Adam 可以进行口头交流，并具有良好的机动性。尽管如此，他还是有很多想做而做不到的事情，例如不必费力去够到壁挂式按钮的同时能打开门。

在技术演示中，Adam 玩了 Alex Jumps，这是一款由 Holland Bloorview 的 BCI 设计师 Jason Leung 创建的简单视频游戏，其中一个角色在 2D 风景中从左到右奔跑。通过 BCI，Adam 可以控制角色在合适的时候跳跃以避开障碍物和陷阱。

虽然对这项技术的潜力很感兴趣，但 Adam 对它有自己的不满。他发现当前“开和关”选项的单一动作能实现的功能受到很大限制，并表示他希望能够采取复杂的动作。

他明白，为了促进技术发展，软件需要分析更多用户，这意味着他的参与也至关重要。

幸运的是，对于 Holland Bloorview 团队来说，Adam 的反馈证明了他们想要完成的目标是有需求的，这足以让他们继续投资下去。

他说：“将电流解码为实际思想，就像将大脑与计算机集成一样，这是一种有趣的想法。”

亚当使用界面控制汽车

Holland Bloorview 副总裁 Tom Chau 博士表示，该技术仍处于起步阶段，仍需要高度定制才能发挥作用。“我们意识到，每个孩子都是独一无二的，都有他们自己的特殊偏好和自己的能力，所以这不会是一个单一的脑机接口，而是通过个性化定制保证对每个孩子都有效。”

展望未来时，Chau 博士指出了 BCI 诊所的下一个重大发展方向：用户可以通过脑机接口用他们的思想进行打字和交流。

除此之外，他还表示，BCI 设备的潜在用途“确实是无限的”，例如，在 BCI 控制的机器人的帮助下，用户将有可能演奏乐器或驾驶汽车。

“就可能可以启用的功能而言，想象确实没有界限，因为它实质上是实现人脑与外部世界的连接，你可以借此控制外界。”Chau 博士说。“一旦在将来技术能够实现强大的功能，您可以做的事情真的没有限制。”

参考：

https://www.theglobeandmail.com/canada/article-brain-computer-interface-at-toronto-childrens-hospital-tests-the/

来源：中国信息通信研究院知识产权中心

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