来自卡内基梅隆大学的一组研究人员与明尼苏达大学合作，在无创机器人设备控制领域取得了突破。研究人员利用无创的脑机接口(BCI)开发出了第一款成功的精神控制机器人手臂，具有连续跟踪和跟踪计算机光标的能力。

能够仅使用思想无创地控制机器人装置将具有广泛的应用，特别是有益于瘫痪患者和运动障碍患者的生活。

已经证明BCI仅使用从脑植入物感测到的信号来控制机器人设备的良好性能。当机器人设备可以高精度控制时，它们可用于完成各种日常任务。然而，到目前为止，成功控制机器人手臂的BCI已经使用了侵入性脑部植入物。这些植入物需要大量的医学和外科专业知识才能正确安装和操作，更不用说对象的成本和潜在风险，因此，它们的使用仅限于少数临床病例。

BCI研究的一大挑战是开发侵入性较小甚至完全无创的技术，使瘫痪患者能够利用自己的“思想”控制自己的环境或机器人肢体。这种非侵入性BCI技术如果成功，将为众多患者带来如此急需的技术，甚至可能为一般人群带来。

然而，使用非侵入性外部传感而非脑部植入物的BCI接收“更脏”的信号，导致当前较低的分辨率和较不精确的控制。因此，当仅使用大脑来控制机器人手臂时，非侵入性BCI无法使用植入式装置。尽管如此，BCI的研究人员已经取得了进展，他们关注的是一种可以每天帮助世界各地患者的少量或非侵入性技术。

卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)生物医学工程的受托人教授和部门负责人何斌(Bin He)正在实现这一目标，这是一次发现的一项重要发现。

“使用脑部植入物的精神控制机器人设备已经取得了重大进展。这是一门出色的科学，”他说。“但非侵入性是最终目标。神经解码的进步和无创机器人手臂控制的实用性将对非侵入性神经机器人的最终发展产生重大影响。”

利用新颖的传感和机器学习技术，他和他的实验室能够访问大脑深处的信号，实现对机器人手臂的高分辨率控制。通过无创神经成像和一种新颖的连续追踪范式，他克服了嘈杂的脑电信号，从而显着改善了基于脑电图的神经解码，并促进了实时连续的二维机器人设备控制。

使用非侵入式BCI来控制在计算机屏幕上跟踪光标的机器人手臂，这是他第一次在人类受试者身上展示机器人手臂现在可以连续跟踪光标。尽管机器人手臂试图“赶上”大脑的命令，但是人类在非侵入性地控制机器人手臂之前已经跟着一个移动的光标 - 好像机器人手臂试图“赶上”大脑的命令 - 现在，手臂跟随光标顺畅，连续路径。

在Science Robotics发表的一篇论文中，该团队建立了一个新的框架，通过增加用户参与和培训，以及通过脑电图源成像的无创神经数据的空间分辨率，解决和改进BCI的“大脑”和“计算机”组件。 。

该论文“无创神经影像增强机器人设备控制的连续神经跟踪”表明，该团队解决这一问题的独特方法不仅增强了传统中心任务的BCI学习近60%，还增强了对计算机的连续跟踪光标超过500%。

该技术还具有可以帮助各种人的应用程序，通过提供安全，无创的“精神控制”设备，可以让人们与他们的环境进行交互和控制。迄今为止，该技术已经在68个健全的人类受试者中进行了测试(每个受试者最多10个疗程)，包括虚拟设备控制和控制机器人手臂以进行持续追踪。该技术直接适用于患者，该团队计划在不久的将来进行临床试验。

“尽管使用非侵入性信号存在技术挑战，但我们完全致力于将这种安全和经济的技术带给可以从中受益的人，”他说。“这项工作代表了无创脑机接口的重要一步，这项技术有朝一日可能成为帮助每个人的普遍辅助技术，如智能手机。”

这项工作部分得到了国家补充和综合健康中心，国家神经疾病和中风研究所，国家生物医学成像和生物工程研究所以及国家精神卫生研究所的支持。