卡内基梅隆大学研究团队首次实现双向脑机接口技术
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在一项针对25名人类受试者的研究中,美国卡内基梅隆大学的研究团队首次成功整合了一种新型聚焦超声刺激技术,实现了双向脑机接口(BCI)功能。这项研究不仅对脑电波进行了编码和解码,还显著提高了整体非侵入式BCI性能。相关成果发表在《自然·通讯》杂志上,为BCI领域开辟了新的研究路径。
研究背景
脑机接口(BCI)技术的核心在于将人类大脑的神经活动转化为外部设备的控制信号,广泛应用于神经康复、假肢控制等领域。然而,传统BCI技术的信号质量和解码精度常常受到限制。为了解决这些问题,卡内基梅隆大学的研究团队引入了一种新型聚焦超声刺激技术,以提高BCI的性能。
研究方法
研究团队利用聚焦超声进行精准的非侵入性神经调节,提升了BCI的通信性能。在实验中,25名受试者使用BCI拼写器拼写出像“卡内基梅隆”这样的短语。该BCI拼写器是一个6×6的视觉运动辅助工具,其中包含通常用于交流的完整字母表。受试者戴上脑电图(EEG)帽,通过注视字母产生EEG信号来拼写所需的单词。
实验结果
研究人员发现,当将聚焦超声波束从外部作用于大脑的V5区域(视觉皮层的一部分)时,受试者的非侵入式BCI性能显著提高。相比传统的信号处理和解码方法,加入聚焦超声神经调节后,BCI主动改变了神经回路的参与度,最大限度地提升了BCI的性能。
进一步的研究表明,聚焦超声神经调节显著提高了θ神经振荡,从而增强了受试者的注意力。这一发现对于BCI技术的应用具有重要意义,因为它不仅改善了信号的质量,还提高了系统的整体性能。
未来研究方向
团队正在进一步研究聚焦超声神经调节在大脑其他区域(视觉系统之外)的应用,以期全面提升非侵入式BCI的性能。此外,他们还在开发更紧凑的聚焦超声神经调节装置,以便更好地与基于EEG的BCI和人工智能技术集成,从而进一步提高系统的整体性能。
这项研究不仅为BCI技术的改进提供了新的思路,也为未来的神经调节技术在医疗和康复领域的应用开辟了广阔的前景。
结论
卡内基梅隆大学的这项研究首次成功实现了利用新型聚焦超声刺激技术的双向脑机接口,不仅显著提高了信号质量和解码精度,还为BCI技术的发展开辟了新的路径。通过非侵入性的方法对神经回路进行精准调节,这一技术有望在未来广泛应用于医疗、康复和神经科学研究中,进一步推动脑机接口技术的进步和应用。
2024-09-21
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