科學家利用新超聲波技術記錄猴子的大腦活動 並預測它們隨後的動作

腦機接口是那些不可思議的想法之一,曾經是科幻小說的儲備。然而,近年來,科學家們已經開始嘗試該技術的原始形式,甚至於幫助一名四肢癱瘓者利用植入大腦的微小電極傳感器控制外骨骼。

科學家利用新超聲波技術記錄猴子的大腦活動 並預測它們隨後的動作

最近最知名的腦機接口研究或許來自埃隆-馬斯克的Neuralink,該公司正試圖開發一種微小的、易於植入的設備,可以即時讀取和轉達神經活動。雖然Neuralink正在努力創造一種可以輕松送入人腦的設備,但這種腦機接口從根本上說還是需要通過手術植入某種設備。

由加州理工學院的研究人員領導的一項新研究正在展示一種使用功能性超聲波(fUS)技術的非侵入性腦機接口。這項具有里程碑意義的概念驗證研究揭示了一種超聲技術記錄猴子的大腦活動,然後利用這些數據來預測它們隨後的運動動作。

該初步研究利用非人類靈長類動物來探索是否可以利用超聲波記錄來預測行為。新研究的作者之一Mikhail Shapiro說,研究人員提出的第一個問題是,通過超聲波測量的大腦中的高分辨率血流動態是否可以與動物行為相關聯。

「答案是肯定的,」Shapiro說。「這種技術產生了我們目標區域神經信號動態的詳細圖像,無法用其他非侵入性技術(如fMRI)看到。我們產生了接近電生理學的細節水平,但其侵入性要小得多。」

科學家利用新超聲波技術記錄猴子的大腦活動 並預測它們隨後的動作

專注於後頂葉皮層的活動,這是一個已知的協調運動的大腦區域,研究人員發現他們可以有效地將超聲波讀數與隨後的身體動作聯系起來。然後,一個機器學習算法的任務是將超聲波數據與動物的身體動作關聯起來。結果顯示,該系統可以有效地預測動物的眼睛是否要向左或向右移動,准確率為78%,動物是否要向左或向右伸出前肢,准確率為89%。

「我們突破了超聲神經成像的極限,並且對它能預測運動感到興奮,」該研究的共同第一作者Sumner Norman解釋道。「最令人興奮的是,fUS是一項全新的技術,具有巨大的潛力–這只是我們為更多人帶來高性能、低侵入性BMI的第一步。」

也許這項初步研究提出的技術最明顯的限制是延遲。被測試的系統需要大約兩秒鍾的數據來預測動物的運動,但研究人員建議,未來肯定可以通過各種技術改進來減少這種延遲。

這項新研究發表在《神經元》雜志上。

來源:cnBeta