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虚拟现实|更轻便的可穿戴脑机接口！搭配VR无线传输，能意念操控机械臂

虚拟现实|更轻便的可穿戴脑机接口！搭配VR无线传输，能意念操控机械臂
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智东西（公众号：zhidxcom）
作者 | 杨畅
编辑 | Panken
智东西7月24日消息，近日由美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）实验室领导的多机构、国际研究团队，将用于头皮接触的无线柔软电子器件和虚拟现实技术结合在一个脑机接口（Brain–machine interface，BMI）系统中，用户可以通过想象一个动作，来无线控制轮椅或机械臂。
这个新BMI系统，基于运动想象（MI）原理，即用户想象自己肢体运动时，即使没有实际运动输出，但脑部特定区域会被激活，产生信号实现控制。该系统对用户的主要优势是柔软舒适，并且没有电线影响，具有灵活性。
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该研究论文题目为《用于基于运动图像脑机接口的无线柔性头皮电子器件与虚拟现实系统（Wireless Soft Scalp Electronics and Virtual Reality System for Motor Imagery-Based Brain–Machine Interfaces）》，于7月17日发表在Advanced Science上。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202101129
一、现有脑电图设备使用不方便并且信号采集能力差BMI为身体残疾的人（如因肢体麻痹或者脑损伤而导致运动功能障碍）提供了一种可能的解决方案。
运动功能障碍中极具挑战性的一种是闭锁综合征（locked-in syndrome），患有这种疾病的人有意识，但是无法自行移动和与人交流。
BMI可以通过分析一个人大脑的信号，将人脑的神经活动转化为命令信号，以及将人的意图转化为机械辅助的行动。最常见获取人脑信号的非侵入性方法是脑电图（ElectroEncephaloGraphy，EEG）。实现这种方法通常需要一个笨重的电极帽和一堆电线。
脑电图设备通常严重依赖于凝胶剂和黏合剂，来帮助保持人体皮肤和设备的接触，实现起来需要长时间的设置，通常使用起来让人不方便和不舒服。由于材料退化或运动伪影（如可能由佩戴者磨牙或眨眼等引起的附属“噪声”）的影响，脑电图设备的信号采集能力也很差，会存在干扰信息，使用中必须过滤掉噪声信息。
二、无需电线，三个部件构成便携脑电图系统佐治亚理工学院乔治·伍德拉夫机械工程学院副教授Yeo说：“与现有的系统相比，这个系统对用户来说的主要优势是柔软舒适，而且无需电线。”
Yeo设计的便携式脑电图系统集成了微细针电极和柔软无线电路，提供了更好的信号采集。因为准确测量人脑信号对于确定用户想要执行什么行动至关重要，因此该团队通过集成机器学习算法和虚拟现实组件来应对这一挑战。
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他们设计了一款便携式、无线、头皮软接触电子产品，简称“SSE”。SSE主要由三个主要部件组成：1）安装在有头发部分的头皮上的柔性微针电极，2）使用激光加工的可伸缩、柔性连接器件，3）隐蔽、灵活的电路。
此外，SSE还包括虚拟现实组件，以实现营造方便和沉浸式训练环境，来帮助将运动可视化。
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机器学习分类算法（卷积神经网络，CNN）实现在虚拟现实系统中从EEG记录到控制目标行为全数据处理序列流程图
这些组件组成了一个单片的脑电系统，以最小化运动伪影和最大化信号质量。皮肤穿透电极提供了最佳的头皮阻抗密度，提高了运动想象数据记录的信噪比和空间分辨率。
三、实现超90%识别准确率新系统已经在四名健康受试者身上进行了测试，目前在残障人士身上的相关测试还没有进行。

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