腦機介面可協助癱瘓人士

一個國際研究團隊開發了一種可穿戴的腦機介面 (BMI) 裝置，這種裝置可能會改善運動功能障礙或癱瘓患者的生活品質。它甚至可以幫助那些有鎖定症候群的人，這種情況下，儘管人們意識清醒，但卻無法移動或溝通。

這個團隊由喬治亞理工學院 (Georgia Institute of Technology) 的余文宏教授領導，還包括來自英國肯特大學 (University of Kent) 和韓國延世大學 (Yonsei University) 的研究人員。團隊將無線柔性頭皮電子設備和虛擬實境結合在一個BMI系統中。這個系統讓使用者只需要想像動作，就能控制輪椅或機器手臂。

這個新的BMI系統的詳細資訊上個月發表在《先進科學》(Advanced Science) 期刊上。

更舒適的裝置

余教授是喬治·W·伍德拉夫機械工程學院 (George W. Woodruff School of Mechanical Engineering) 的副教授。

余教授表示：“這個系統對使用者的主要優勢在於，它柔軟且舒適，沒有任何電線。”

BMI系統可以分析腦信號，並將神經活動轉換成指令，這使得個體能夠想像動作，讓BMI來執行。腦電圖 (ElectroEncephaloGraphy, EEG) 是獲取信號最常用的非侵入性方法，但它通常需要帶有許多電線的頭盔。

使用這些裝置時，需要使用凝膠和膏狀物來保持與皮膚的接觸，這些設置既耗時又讓使用者感到不舒服。此外，由於材料劣化和運動伪影（例如磨牙）造成的噪音，這些裝置的信號獲取效果往往不佳。這類噪音會出現在腦數據中，研究人員必須將其過濾掉。

機器學習與虛擬實境

這個團隊設計的便攜式EEG系統通過將可攔截的微針電極與柔性無線電路結合，改善了信號獲取。為了測量腦信號，系統必須確定使用者想要執行的動作。為了達到這個目的，團隊依賴於機器學習算法和虛擬實境組件。

團隊進行的測試涉及四名受試者，下一步是對殘疾人士進行測試。

余教授同時也是喬治亞理工學院電子與奈米技術研究所 (Institute for Electronics and Nanotechnology) 下的人本介面與工程中心 (Center for Human-Centric Interfaces and Engineering) 的主任，以及小佩蒂生物工程與生物科學研究所 (Petit Institute for Bioengineering and Bioscience) 的成員。

余教授表示：“這只是第一次的示範，但我們對所看到的結果感到非常興奮。”

早在2019年，同一團隊就介紹了一種柔性可穿戴的EEG腦機介面，這項研究的主要作者穆薩·馬哈茂德 (Musa Mahmood) 也是這項新研究的主要作者。

馬哈茂德表示：“這個新的腦機介面使用了完全不同的模式，涉及想像的運動行為，例如用任一隻手抓取，這讓受試者不必面對太多的刺激。”

2021年的研究中，使用者能夠用他們的思想或運動想像準確地控制虛擬實境的運動。

余教授說：“虛擬提示被證明非常有幫助。它們加快了使用者的參與度和準確性。我們能夠記錄持續的高品質運動想像活動。”

馬哈茂德表示，團隊將專注於優化電極的放置和更先進的刺激基礎EEG整合。