超声波“读心术”:读懂猴子的想法(图)


猴子
通过超声波“读心术”可以读懂猴子的想法?(猴子示意图/图片来源:Adobe Stock)

【看中国2021年4月26日讯】通过超声波读心术”可以读懂猴子的想法?这听起来虽然有点像科幻小说,但现在的科技做到了。“新智元”有一篇文章介绍了这种新科技,而且这种新科技可以帮助那些需要安装“假肢”的病人,无需植入大脑的设备就可以来控制假肢。

在介绍这种超声波读心术之前,当你浏览这篇文章的时候,你的大脑里发生了什么?换句话说,你大脑的哪些区域是活跃的?哪些神经元正在与其他神经元交流?它们在向你的肌肉发送什么信号?估计这些你都没有考虑过,也不了解。

一直以来,医生利用超声检查来获得我们内脏的图像——通过传感器将超声波脉冲信号发送到人体内,这些信号反射回来指示不同组织和液体之间的界限。

大概十年前,研究人员发现了一种方法——把超声波适用于“脑成像”。

这种方法被称为功能性超声(functional ultrasound,fUS),与传统的超声相比,功能性超声使用一个宽而平的声平面来代替一个狭窄的声束来更快地捕获一个大的区域。

像功能性磁共振成像(fMRI)一样,功能性超声检测血液流动的变化,显示神经元何时处于活跃状态,何时消耗能量。但是功能性超声创建的图像比fMRI分辨率高得多,而且检测者也不需要躺在一个昂贵且笨重的扫描仪中。

侵入式的脑机接口,已经可以让那些由于神经损伤或疾病而丧失运动能力的人恢复运动。

功能性超声是一种新方法,可以在不损伤大脑组织的情况下记录详细的大脑活动。

2015年,神经科学家Richard Andersen发布的项目“教病人用意念控制机械臂”

然而,该项目的另一个参与者、加州理工学院的生物化学工程师Mikhail Shapiro说,从远距离判断神经活动将会使“速度和精度”打折扣。

他说,与电极读数相比,功能性超声提供的“信号不那么直接”,因此“存在一个问题,即超声图像到底包含了多少信息”。

这些图像可以揭示大脑为活动做准备时的神经活动。但问题是,这个信号中有足够的细节来让计算机解码预期的动作吗?

动作预测准确率高达89%

为了找到答案,研究人员在两只恒河猴的头骨中,植入了大小和形状类似多米诺骨牌的小型超声波传感器。该设备通过一根电线连接到计算机上,将声波传入大脑中一个叫做后顶叶皮层(posterior parietal cortex,PPC)的区域,这个区域负责计划动作。

研究人员训练这两只猴子将视线集中在屏幕中央的一个小点上,同时第二个小点在左边或右边短暂闪过。

当中心点消失时,猴子将视线移到第二个点刚刚闪烁的地方。在另一组实验中,猴子伸出手(而不是眼睛)朝第二个点移动操纵杆。

然后,研究人员用一种计算机算法,将从猴子身上收集的超声波数据转换成对猴子意图的猜测。该算法可以确定这些猴子什么时候准备移动,以及它们是在计划作出眼球动作还是手臂伸展。

“作为应用于脑机接口的新技术,超声波自这项研究开始一举成名,这非常了不起。”斯坦福大学的神经科学家Krishna Shenoy这样评价。

如果未来这种方法继续得到改进,那对于安装“假肢”的病人来说就是一种福音,他们就无需用植入大脑的设备来控制假肢。

责任编辑:菲菲

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