■今日視點

　　生物工程師和認知科學家已開發出第一個攜帶型64通道可穿戴大腦活動監測系統，可與實驗室內的先進設備相媲美。

　　這個系統能很好地與真實世界應用相適應，因為其裝配了腦電圖（EEG）感測器，能提供高密度的大腦活動數據。它包含了一個64通道乾電池可穿戴EEG頭盔和一個用於解釋和分析數據資料的複雜軟體。其應用範圍很廣，從科學研究到臨床診斷都能用到。

　　美國雅各布斯工程學院神經計算研究所的研究團隊將這一成果發佈在最近一期IEEE《生物工程彙刊》的“可穿戴技術”特刊上。

　　就要擺脫實驗室“束縛”

　　此項研究的主要目的是幫助EEG系統擺脫實驗室的束縛。科學家預想，未來神經影像系統可以與移動感測器及智慧手機協作，全天跟蹤大腦的狀態並增強大腦功能。

　　他們希望未來的神經影像學能為神經系統疾病帶來新療法。該項研究主要開發人員、雅各布斯學院生物工程教授格爾特·考文博格斯説：“我們希望大腦能自己解決問題，目前正在避免侵入式技術，比如深層大腦刺激和處方藥物等，取而代之的是利用大腦突觸可塑性啟動自行修復程式。”

　　論文第一作者、加州大學聖迭戈分校領導開發相關軟體的提姆·馬倫説：“腦—機介面如同智慧手機一樣便捷的時刻正在來臨。”

　　為了這一刻的來臨，感測器需要變得不僅是可穿戴那麼簡單，還要很舒適，其數據分析的演算法還要能夠切斷來自外界無意義資訊的干擾。這篇題為《可穿戴的腦電圖系統的實時神經影像學和認知監測》的論文，向這個方向的探索邁出了重要的第一步。

　　章魚形頭盔“彈性”十足

　　由Cognionics公司技術總監麥克·尉遲領導的小組開發出章魚形狀的EEG頭盔，它的每一隻“胳膊”都很有彈性，所以能適應不同的頭型。“胳膊”末端的感測器被設計成最先接觸頭皮，同時盡可能少地摻雜進干擾信號。

　　研究人員花了四年時間完善感測器的材料配方。感測器接觸使用者頭髮的部分是用銀和碳混合的柔性襯底製作而成，這種材料允許感測器在傳輸高品質信號時保持彈性和持久性，其中銀/氯化銀涂層是關鍵。此外，內置的導電水凝膠膜還能讓感測器直接在裸露的皮膚表面工作。

　　研究人員表示，下一步要提高試戴者在移動時的頭盔表現。畢竟，頭盔在試戴者步行時捕捉信號很可靠，但在奔跑等劇烈活動時則表現欠佳。

　　 數據分析軟體“降噪”好

　　分析頭盔所捕捉數據的軟體是由馬倫領導的小組開發的。在腦電圖數據中，大腦信號需要與干擾信號分離開。從大腦發出來的微弱電流通常很容易被試戴者走動、説話等高振幅的信號所干擾。

　　研究人員為此設計了一個演算法，能夠實時將這兩類信號區分開來，將試戴者休息時候的數據與動態數據對比，不符合要求的直接被當做噪音處理掉，進而獲得比較乾淨的單純大腦信號數據。

　　但數據分析並不止於此。研究人員利用已知的大腦解剖資訊和收集來的數據資訊，能夠實時追蹤從大腦不同區域交互産生的信號，建立一個不斷變化的大腦活動網路圖。然後，他們讓電腦連接大腦活動的特殊網路，進而學習大腦的認知和行為模式。

　　馬倫説：“這一領域的最高境界，就是以思想的速度跟蹤分佈式大腦網路的變化。我們已經接近這個目標，但還沒有奪取這個‘聖杯’。”

　　創新創業公司受“追捧”

　　尉遲和馬倫為此都創建了自己的大腦科技商業公司。

　　尉遲的公司名為Cognionics，將頭盔賣給研究機構，這種頭盔在神經反饋專家那裏也很受歡迎，這一領域研究的最終目的，是讓頭盔走進診所幫助診斷中風和癲癇等疾病。

　　馬倫的創業公司名為Qusp，已經開發出了基於雲計算的軟體平臺，能夠提供連續的、實時的大腦和身體信號解析，其目標是讓腦—機介面和先進的信號處理方法更容易與多種多樣的日常應用和可穿戴設備相適應。

　　在美國國防部高級研究計劃局（DARPA）的資助下，Cognionics正在開發升級版的EEG系統，而Qusp則在開發更加易於快速設計和分析大腦信號的圖形軟體。

　　考文博格斯認為，這些創新企業的努力，正是幫助雅各布斯工程學院神經計算研究所擺脫實驗室“束縛”的成功實踐。