脑机接口信息传输研究取得新突破

杨智

据美国PNAS，2015，112（44）：15080801 12报道，中国清华大学的高上凯、高小榕及中科院半导体研究所的王毅军等人构建了一种无创的脑机接口系统，将信息传输速率提升到迄今最快的约每分钟60个字符。

脑机接口是在人或动物脑与外部没备之间建立直接通信途径的技术，常用来恢复感觉功能障碍患者的某些感知能力，或者帮助运动功能障碍患者实现肢体运动及外部设备的控制。一种脑机接口技术是脑机接口拼读系统（BCI speller），旨在通过检测和分析脑电信号来识读当事人所注意的字符，帮助因瘫痪而不能运用发音器官和肢体的患者进行言语表达。

到目前为止，在上述拼读系统中检测脑信号最常用的方法是脑电图，但由于脑电信号的信噪比低，每分钟至多拼读5个字符，而用有创的多神经元记录方法可将传输速率提高到30多个字符。传输速率不高仍是脑机接口拼读系统用于人真实生活的一个阻碍。

高上凯等研究者发现，通过无创检测“稳定状态视觉诱发电位”（SSVEP），能提高信息传输的速率。关键在于，SSVEP的视觉延迟是很稳定的，从而可以把刺激信号的频率和相位精确编码在单次提取的SSVEP中。由此，研究者开发了一种结合频率与相位信息对SSVEP进行解析的方法，大大提高了信噪比。

在他们设计的实验中，受试者注视闪烁的显示器上40个字符中被特别标识的那个字符，显示的时间和标识的转换由实验程序控制。SSVEP信号由佩戴在受试者头部的电极连接外部设备加以记录。在自由拼读任务中，平均拼读速率为每分钟50.83+11.63个字符，最高约相当于12个单词。

高上凯等人的研究使脑机接口拼读系统的信息传输速率更接近于实用的水平。