在一項針對25名人類受試者的研究中，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研究團(tuán)隊首次成功整合了一種新型聚焦超聲刺激技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了雙向腦機(jī)接口（BCI）功能，即對腦電波進(jìn)行編碼和解碼。這項工作開辟了一條新途徑：通過刺激目標(biāo)神經(jīng)回路，不僅可顯著提高信號質(zhì)量，還可顯著提高整體非侵入式BCI性能。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《自然·通訊》雜志上。
研究證明，利用聚焦超聲進(jìn)行精準(zhǔn)的非侵入性神經(jīng)調(diào)節(jié)，可改善BCI的通信性能。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員借助一種“通信假肢”，讓25名人類受試者使用BCI拼寫器拼寫出像“卡內(nèi)基梅隆”這樣的短語。BCI拼寫器是一個6×6的視覺運(yùn)動輔助工具，其中包含通常用于交流的完整字母表。受試者戴上腦電圖（EEG）帽，只需看字母，就能產(chǎn)生EEG信號來拼寫所需的單詞。
研究人員將聚焦超聲波束從外部作用于大腦的V5區(qū)域（視覺皮層的一部分）時，發(fā)現(xiàn)受試者的非侵入式BCI性能大大提高。與以前（包括純處理和解碼記錄信號）相比，加入聚焦超聲神經(jīng)調(diào)節(jié)集成的BCI主動改變了神經(jīng)回路的參與度，最大限度地提高了BCI性能。
研究人員發(fā)現(xiàn)，通過聚焦超聲進(jìn)行神經(jīng)調(diào)節(jié)后，顯著提高了θ神經(jīng)振蕩，從而增強(qiáng)了注意力并提高了BCI性能。
團(tuán)隊正在進(jìn)一步研究聚焦超聲神經(jīng)調(diào)節(jié)在大腦（視覺系統(tǒng)之外）中的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用，以增強(qiáng)非侵入式BCI性能。他們還在開發(fā)更緊湊的聚焦超聲神經(jīng)調(diào)節(jié)裝置，以便更好地與基于EEG的BCI和人工智能集成，提高系統(tǒng)整體性能。
【總編輯圈點(diǎn)】
非侵入式BCI具有便宜、安全且?guī)缀踹m用于所有人的優(yōu)點(diǎn)，因此備受業(yè)界關(guān)注和稱贊。但它也有個缺點(diǎn)，即信號是通過頭皮記錄的而不是直接來自大腦內(nèi)部。這樣會降低信號質(zhì)量，帶來很多限制。本研究所采用的聚焦超聲技術(shù)，其實(shí)是早已有之的方法——利用超聲波作為增強(qiáng)工具，將很多束超聲波從體外發(fā)射到體內(nèi)，并在這一過程中聚焦。這種方式對非侵入式BCI的信號增強(qiáng)作用非常明顯，成為此次科學(xué)家可以刺激神經(jīng)回路和解碼腦電波的關(guān)鍵。
