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近日，《PNAS》清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系教授研究人員高上凱發(fā)表一項(xiàng)重要研究，研究人員成功實(shí)施了一種非侵入性的腦機(jī)接口，獲得了迄今zui快的信息傳遞率。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院的高小榕教授和中科院半導(dǎo)體研究所*軍教授參與研究。
實(shí)現(xiàn)實(shí)用性BCIs的一個(gè)障礙在于低的通信速率。當(dāng)前，建立腦機(jī)接口zui常用的方法是通過(guò)腦電圖(EEG)技術(shù)，由于其非侵入性和低成本。不幸的是，由于EEG信號(hào)的低信號(hào)噪聲比，信息傳輸速率只限于1.0 bits /秒。這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于不能溝通的人使用的拼寫(xiě)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，用戶(hù)視覺(jué)上靶定被計(jì)算機(jī)讀取的一個(gè)字母。在一些系統(tǒng)中，信息傳輸速率很慢，每分鐘五個(gè)字母。
在動(dòng)物和人體模型中，涉及手術(shù)植入假體的無(wú)創(chuàng)系統(tǒng)，可導(dǎo)致更快的信息傳輸速率，但是很顯然是不實(shí)用的。研究人員根據(jù)穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位(SSVEPs)構(gòu)建了這一系統(tǒng)。SSVEP拼寫(xiě)系統(tǒng)可檢測(cè)用戶(hù)對(duì)一個(gè)目標(biāo)性狀的視線方向，基本上是一個(gè)鍵盤(pán)，通過(guò)轉(zhuǎn)移視線方向而不是手動(dòng)進(jìn)行操作。使用SSVEPs的現(xiàn)有系統(tǒng)，獲得了很高的信息傳輸速率，但這種系統(tǒng)的上限仍然是未知的。
作者推測(cè)，單次提取SSVEPs的視覺(jué)延遲(如刺激過(guò)程中的神經(jīng)元集群活動(dòng)所示)，在試驗(yàn)過(guò)程中將會(huì)是非常穩(wěn)定的。他們這樣寫(xiě)道：“如果這是真的，刺激信號(hào)的頻率和相位可以被地編碼在單次提取SSVEPs中。使用同步調(diào)制與解調(diào)范式，可以在SSVEP拼寫(xiě)中預(yù)期更好的性能，這已被廣泛應(yīng)用于電信。"為了進(jìn)一步改進(jìn)該系統(tǒng)，研究人員采用了一種用戶(hù)特定的解碼算法，該算法可以根據(jù)視覺(jué)延遲的個(gè)體差異而進(jìn)行調(diào)節(jié)。
該系統(tǒng)解決的另一個(gè)問(wèn)題是，嘈雜的EEG信號(hào)干擾引起的視覺(jué)延遲的測(cè)量難度。研究人員使用了一種新的視覺(jué)延遲估計(jì)方法，進(jìn)行彌補(bǔ)。測(cè)試對(duì)象的在線拼寫(xiě)性能當(dāng)中，平均拼寫(xiě)率大約是每分鐘50到60字，信息傳輸率在每秒4.5到5.5 bits，與現(xiàn)有的無(wú)創(chuàng)BCI拼寫(xiě)系統(tǒng)相比，是一個(gè)巨大的進(jìn)步。
研究人員指出，還需要進(jìn)一步的研究，才能構(gòu)建能夠高負(fù)載工作的系統(tǒng)，以及確定長(zhǎng)期視覺(jué)延遲的穩(wěn)定性。
