华盛顿大学研究:并非侵入式脑机交互,而是直接的大脑刺激

译者按:众多媒体在引述相关报道时未查阅原文内容,而是对翻译直接进行引用。导致原文中“直接的大脑刺激”(direct brain stimulation)被误翻为“侵入式大脑刺激”(Invasive brain stimulation)。造成对该项技术理解的偏差。

在电影《黑客帝国》中,基努 · 里维斯通过脑后插管直接进入到有感知的机器想要奴役人类的虚拟世界。

《黑客帝国》的剧情可能是反乌托邦的幻想,但是华盛顿大学的研究者如今已经迈出了通过直接的大脑刺激进行虚拟现实交互的第一步。

研究成果刊发于11月16的《机器人学与人工智能前沿》上。美国华盛顿大学的研究人员在没有依赖视觉、听觉和触觉等其他感知提示的情况下,仅靠直接向大脑输入刺激信号,成功让被试者操作了一个简单的二维电脑迷宫游戏。

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在研究中,被试者被要求背对屏幕,在脑刺激信号的帮助下完成在 21 个不同的迷宫中的导航任务,他们仅有向前和向后两个选择。做出选择的依据来自被称为 “ 光幻视 ” 的人工视觉刺激,即眼内网膜在受到刺激时所产生的看到光斑或光环的感觉。研究人员利用神经科学脑研究中常用的 “经颅磁刺激” 以人工生成光幻视,这一技术是通过在头盖骨附近放置电磁线圈,直接和非侵入性地刺激特定区域的大脑。

华盛顿大学计算机科学与工程系教授兼资深作者Rajesh Rao说:“虚拟现实目前的方式是通过显示器,头显和护目镜实现,但最终你的大脑才是创造现实的方式。”

“我们想要回答的基本问题是:大脑能否在没有其他感官输入的情况下利用前所未见的人工信息,在虚拟世界中进行导航或执行有用的任务呢?答案是肯定的。”

研究发现,5 名被试者在实验中接受直接的脑刺激输入后正确选择迷宫行走方位的概率达 92%,如果没有这一引导,成功率仅为 15%。

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简单的游戏演示展示了来自人造的传感器或者电脑生成的虚拟世界的信息能够被成功地编码和非侵入地发送给人类大脑来解决有用的任务。它采用了通常被运用于神经科学的技术“经颅磁刺激”传达可操作的信息给大脑,来研究人类大脑如何运转。

而且随着研究的进行,成功率越来越高,这表明被试者可以通过不断的学习增强检测人工刺激的能力。

“我们基本上是试图赋予人类第六感。”毕业于计算机科学和神经生物学,现从事于学习与脑科学 (I-LABS)研究所的该论文的第一作者Darby Losey说道,“在神经工程这一领域的大部分研究工作都集中在从大脑解码信息,而我们对如何把信息编码至大脑中的方法更感兴趣。”

最初的实验使用了二进制信息,被试者通过是否接收到光幻视来判断在迷宫行走时是否前方遇到障碍。在现实世界,这种类型的简单输入能够用来帮助盲人或者视觉障碍人群导航。

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理论上来说,在人身体上的任何传感器——从相机到红外线,超声波,或者激光测距仪——能够传达周围环境的信息或者接近真实世界中的人,直接的大脑刺激器输入能够用来指导他们的行动。

“这技术现在还不存在——我们用来刺激大脑的工具是一个庞大的设备,你并不能随身携带,”第二作者华盛顿大学的心理学的助理教授以及I-LABS的研究科学家Andrea Stocco说道,“但是最终我们将有能力通过一些对于现实应用来说易控制的硬件取代它。”

与华盛顿大学外部的其他伙伴合作,研究团队的成员共同创立了Neubay,这家初创公司旨在商业化他们的想法,和介绍能够使虚拟现实、游戏和其他应用更好和更吸引人的神经科学与AI技术。

研究人员还在探索如何改变直接的脑刺激的强度和位置,以创造更为复杂的视觉或其他感官知觉。而这些在目前的AR或者VR领域都难以复制。

“我们将这视为通过对大脑直接的和非侵入性的刺激提供丰富的感官输入宏大愿景的一小步。”RaO说道,“长远来看,对于感官障碍的人们可能产生意义深远的影响,对于更加逼真的虚拟现实体验则是铺平了道路。”

该项研究获得了W.M.凯克基金和华盛顿的研究基金资助。共同作者还包括I-LABS研究协调员Justin Abernethy。