脑电传感器走出实验室——脑—机接口系统便捷如手机的时代即将来临

发布时间:2022年08月14日

       生物工程师和认知科学家开发了第一个便携式 64 通道可穿戴大脑活动监测系统, 可与实验室中最先进的设备相媲美。该系统非常适合实际应用, 因为它配备了可提供高密度大脑活动数据的脑电图 (EEG) 传感器。它包含一个 64 通道干电池可穿戴脑电图头盔和一个用于解释和分析数据的复杂软件。它具有广泛的应用, 从科学研究到临床诊断。雅各布斯工程学院神经计算研究所的研究团队在最新一期的 IEEE Transactions on Bioengineering 上的可穿戴技术特刊上发表了研究结果。摆脱实验室的桎梏 本研究的主要目的是帮助脑电系统摆脱实验室的桎梏。科学家们设想了一个未来, 神经成像系统可以与移动传感器和智能手机一起工作, 以跟踪大脑的状态并全天增强大脑功能。他们希望未来的神经影像学能够为神经系统疾病带来新的治疗方法。
        “我们希望大脑自行解决问题, 我们正在避免侵入性技术, 例如深部脑刺激和处方药, 转而支持侵入性技术, ”该研究的首席开发者兼教授格特考恩博格斯说雅各布斯学院的生物工程专业。它使用大脑突触可塑性来启动自我修复过程。该论文的第一作者、加州大学圣地亚哥分校领导该软件开发的蒂姆·马伦 (Tim Mullen) 说:“脑机接口与智能手机一样方便的时代即将到来。在即将到来的时刻, 传感器需要变得不仅它像可穿戴一样简单, 但也非常舒适, 其数据分析算法必须能够切断外界无意义信息的干扰。这篇题为“可穿戴脑电图系统的实时神经成像和认知监测”的论文是朝着这个方向迈出的重要的第一步。章鱼形头盔很有弹性。由 Cognionics 技术总监 Mike Weichi 领导的团队开发了章鱼形脑电图头盔。每个手臂都非常有弹性, 因此可以适应不同的头部形状。手臂末端的传感器设计为首先接触头皮, 同时尽可能减少干扰。研究人员花了四年时间完善传感器的材料配方。传感器接触用户头发的部分由银和碳混合物制成的柔性基板制成, 这种材料使传感器在传输高质量信号的同时保持弹性和耐用性, 并带有银/氯化银涂层是关键。此外, 内置的导电水凝胶膜允许传感器直接在裸露的皮肤表面工作。研究人员表示, 下一步是提高头盔在佩戴者移动时的性能。
       毕竟, 头盔在佩戴者走路时能可靠地接收到信号, 但在跑步等剧烈活动中就不太好。数据分析软件 分析头盔捕获数据的软件是由 Mullen 领导的团队开发的。
       在 EEG 数据中, 大脑信号需要与干扰信号分离。从大脑发出的微弱电流通常很容易受到佩戴者走路或说话等高振幅信号的干扰。研究人员设计了一种算法来实时组合这两种类型的信号。为了区分, 将试穿的其余数据与动态数据进行对比, 不符合要求的直接作为噪声处理, 从而得到比较干净的纯脑信号数据。但数据分析并不止于此。利用已知的大脑解剖结构和收集的数据, 研究人员能够实时跟踪来自不同大脑区域相互作用的信号, 从而创建一个不断变化的大脑活动网络。然后, 他们要求计算机连接专门的大脑活动网络,

以了解大脑的认知和行为模式。 “这个领域的巅峰之作是以思维的速度跟踪分布式大脑网络的变化, ”马伦说。我们已经接近那个目标,

但还没有夺取圣杯。创新型创业公司备受追捧 宇驰和马伦为此创建了自己的脑科技商业公司。 Yuchi 的公司 Cognionics 将头盔出售给研究机构, 它们也很受神经反馈专家的欢迎, 该研究领域的最终目标是让它们进入诊所, 以帮助诊断中风和癫痫等疾病。 Mullen 的初创公司 Qusp 开发了一个基于云的软件平台, 提供对大脑和身体信号的连续、实时分析, 目标是让脑机接口和先进的信号处理方法更容易, 更广泛的日常应用和可穿戴设备兼容。在美国国防高级研究计划局 (DARPA) 的资助下, Cognionics 正在开发升级的 EEG 系统, 而 Qusp 正在开发更简单、更快的设计和分发系统。用于分析大脑信号的图形软件。 Cowen Boggs认为, 这些创新公司的努力是帮助雅各布斯工程学院神经计算研究所摆脱实验室束缚的成功实践。

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