來自美國的BrainGate 團隊首次實現了人類大腦信號與計算機之間的無線高帶寬傳輸，有望使意念控制走入現實。利用腦機接口技術（Brain-computer interfaces，BCI）進行意念操控，已經不是什麼新鮮事。

早在2009 年的熱門電影中，前海軍戰士就能“用意念控制”阿凡達；前不久，四肢癱瘓了30 年的羅伯特用“大腦意念”控制機械臂給自己餵食蛋糕…… 腦機接口技術正越來越多地給癱瘓患者帶來方便。

不過，以往腦機接口設備都要通過有線系統將腦電波信號傳輸到計算機。因此，如果改用無線技術，則將是一項重大的進步。

早在2015 年，就有四肢癱瘓的患者藉助BrainGate 系統，僅用自己的思維實現了打字。但要完成這個操作，需要將參與者連接到固定的計算機上，以便傳輸大量處理數據。

近日，BrainGate 研究團隊又取得了新的突破。研究者們成功創建了一套無線腦機接口（BCI）設備。相比於2015 年，新系統能夠省掉許多繁瑣的設置，使用戶不僅能夠用思維打字，還能在家輕鬆瀏覽網絡內容。

無線系統的一些組件。

在論文《Home Use of a Percutaneous Wireless Intracortical Brain-Computer Interface by Individuals With Tetraplegia》中，研究者描述了兩位四肢癱瘓的志願者如何使用新的無線BCI系統，並藉助該系統打開Windows中的開始菜單，使用其中的應用程序。該論文發表在了IEEE生物醫學工程學報（IEEE Transactions on Biomedical Engineering）上。

論文地址：https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9390339

對於許多癱瘓患者來說，雖然大腦中命令運動的神經信號沒有傳遞到肌肉或做出動作，但大腦中依然存在這些神經信號。BCI 通過使用植入大腦的電極檢測這些命令信號，並將其中繼到使用AI 進行解碼的計算機中。在這種方式下，癱瘓患者可以想像在計算機上移動光標，然後計算機將為他們完成操作。

目前這項技術需要有線系統來中繼數據，完成無線操作是一個全新的挑戰。BrainGate 研究團隊的成員、布朗大學工程學院研究助理教授John Simeral 說：“用於對光標進行神經控制的無線BCI 需要放大並數字化大腦中數百個微小的電信號，並在數小時之內將其連續傳輸到附近的設備，並且幾乎不能出現延遲。”

John Simeral。

John Simeral 還表示：“布朗無線設備（BWD）在性能上完全媲美現有的有線接口，能夠以高保真度記錄和傳輸神經信號。這意味著我們可以使用與有線設備相同的解碼算法來破解。唯一的區別是，人們不再需要被拴在傳輸設備上，這為腦機接口的實際應用帶來了新的可能性。”

無線高寬帶傳輸，癱瘓患者隔空打開電腦應用

按侵入性由淺到深和腦信號分辨率由低到高排序，目前最主流的三種腦機接口設備分別是讀取頭皮腦電圖（EEG）的腦電帽；讀取皮層腦電圖（ ECoG）的芯片、電極和傳感器；以及讀取腦組織內部信號的皮質內電極（iBCI）。

其中，信號分辨率最高的iBCI 不僅可以記錄局部場電位（LFP），還可以記錄單個神經元的活動（即動作電位/ 鋒電位）和多個神經元活動（MUA）。

為了使參與者能夠獨立使用iBCI 設備，BrainGate 發明了一種無線神經傳感器，該傳感器可以將96 根長期植入大腦皮質內的微電極陣列產生的信號數字化並無線傳輸。

此外，傳統的腦機接口外部電纜被一個最大尺寸約為2 英寸、重量略高於1.5 盎司的小型發射器所取代，即布朗無線設備。該設備可數字化每個電極上的神經活動，並用曼徹斯特編碼（Manchester encoding）通過定制的低功耗協議將其傳輸到附近的天線。布朗無線設備使用不可充電的醫用級電池(SAFT LS14250) ，且已經通過了臨床前設備安全性評估。

該裝置位於使用者的頭頂，使用與有線系統相同的端口連接到大腦運動皮質內的電極陣列。

BWD 發射器(52mm x 44mm)。

BWD 應用於受試者。

此前兩名受試人員T5、T10 參加了BrainGate 神經接口系統的臨床試驗。T5 是一名63 歲男性，C4 AISC 脊髓損傷導致四肢癱瘓；T10 為35 歲男性，C4 AIS-A 脊髓損傷導致四肢癱瘓。

這兩名參與者之前很少或沒有使用無線系統的經驗（T10 有2 次，T5 一次都沒有）。為了讓設備從設計環節開始就符合使用要求，BrainGate 邀請T5 和T10 參加了大約100 次研究會議，包括對新型神經解碼器的開發和iBCI 光標控制的研發等。

研究人員將192 個電極腦機接口的外部電纜替換為無線發射器，並實現了對癱瘓患者寬帶場電位和脈衝活動的高分辨率記錄和解碼。

T10 通過意念成功地打開了Windows 啟動菜單，並在桌面依次選擇了他喜歡的程序，包括NCAA 籃球應用、Skype、YouTube、Gmail 等。T5 用無線腦機接口在屏幕鍵盤上打字和撰寫郵件，在NotePad 記事本應用中每分鐘輸入13.4 個正確字符。

參與者T5 和他的無線腦機接口。

該研究將在家庭環境中使用無線腦機接口系統與有線系統的效果做了比較，發現兩種方法對神經信號質量的影響微乎其微。

在家庭場景中有線和無線配置下的人類皮質內信號記錄。

實驗結果說明，無線解決方案可以替代現有腦機接口研究中的有線配置。不過，如果有人站在或靠近受試者的頭部，則可能導致部分數據丟失或造成數字噪音，這些發現也可以激勵對家庭天線放置的進一步研究。

Simeral 指出，這不會是BCI 領域的最後一次進展。他預計，這項技術將繼續發展，使更多嚴重殘疾的人從中受益。“關於大腦是如何工作的，我們還有大量的知識需要學習，新的理解對於未來BCI 的發展以及BCI 以外的研究都是至關重要的。”

不可否認，腦機接口已經越來越作為一項成熟的技術進入人們的生活。在未來，腦機接口或可通過與環境的交互實現重症癱瘓患者多種功能的替代，也可促進大腦重塑以恢復運動功能，減輕殘疾程度以改善患者生活質量。