日前，IEEE《生物工程匯刊》的“可穿戴技術(shù)”特刊上發(fā)布一篇關(guān)于可穿戴大腦活動監(jiān)測系統(tǒng)的文章。據(jù)悉，該系統(tǒng)是第一個便攜式64通道可穿戴大腦活動監(jiān)測系統(tǒng)，可與可與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的先進(jìn)設(shè)備相媲美。

這個系統(tǒng)能很好地與真實(shí)世界應(yīng)用相適應(yīng)，因?yàn)槠溲b配了腦電圖（EEG）傳感器，能提供高密度的大腦活動數(shù)據(jù)。它包含了一個64通道干電池可穿戴EEG頭盔和一個用于解釋和分析數(shù)據(jù)資料的復(fù)雜軟件。其應(yīng)用范圍很廣，從科學(xué)研究到臨床診斷都能用到。

美國雅各布斯工程學(xué)院神經(jīng)計(jì)算研究所的研究團(tuán)隊(duì)將這一成果發(fā)布在最近一期IEEE《生物工程匯刊》的“可穿戴技術(shù)”特刊上。

就要擺脫實(shí)驗(yàn)室“束縛”

此項(xiàng)研究的主要目的是幫助EEG系統(tǒng)擺脫實(shí)驗(yàn)室的束縛。科學(xué)家預(yù)想，未來神經(jīng)影像系統(tǒng)可以與移動傳感器及智能手機(jī)協(xié)作，全天跟蹤大腦的狀態(tài)并增強(qiáng)大腦功能。

他們希望未來的神經(jīng)影像學(xué)能為神經(jīng)系統(tǒng)疾病帶來新療法。該項(xiàng)研究主要開發(fā)人員、雅各布斯學(xué)院生物工程教授格爾特·考文博格斯說：“我們希望大腦能自己解決問題，目前正在避免侵入式技術(shù)，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(fù)程序。”

論文第一作者、加州大學(xué)圣迭戈分校領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)相關(guān)軟件的提姆·馬倫說：“腦—機(jī)接口如同智能手機(jī)一樣便捷的時刻正在來臨。”

為了這一刻的來臨，傳感器需要變得不僅是可穿戴那么簡單，還要很舒適，其數(shù)據(jù)分析的算法還要能夠切斷來自外界無意義信息的干擾。這篇題為《可穿戴的腦電圖系統(tǒng)的實(shí)時神經(jīng)影像學(xué)和認(rèn)知監(jiān)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(shù)總監(jiān)麥克·尉遲領(lǐng)導(dǎo)的小組開發(fā)出章魚形狀的EEG頭盔，它的每一只“胳膊”都很有彈性，所以能適應(yīng)不同的頭型。“胳膊”末端的傳感器被設(shè)計(jì)成最先接觸頭皮，同時盡可能少地?fù)诫s進(jìn)干擾信號。

研究人員花了四年時間完善傳感器的材料配方。傳感器接觸使用者頭發(fā)的部分是用銀和碳混合的柔性襯底制作而成，這種材料允許傳感器在傳輸高質(zhì)量信號時保持彈性和持久性，其中銀/氯化銀涂層是關(guān)鍵。此外，內(nèi)置的導(dǎo)電水凝膠膜還能讓傳感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(xiàn)。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(xiàn)欠佳。

數(shù)據(jù)分析軟件“降噪”好

分析頭盔所捕捉數(shù)據(jù)的軟件是由馬倫領(lǐng)導(dǎo)的小組開發(fā)的。在腦電圖數(shù)據(jù)中，大腦信號需要與干擾信號分離開。從大腦發(fā)出來的微弱電流通常很容易被試戴者走動、說話等高振幅的信號所干擾。

研究人員為此設(shè)計(jì)了一個算法，能夠?qū)崟r將這兩類信號區(qū)分開來，將試戴者休息時候的數(shù)據(jù)與動態(tài)數(shù)據(jù)對比，不符合要求的直接被當(dāng)做噪音處理掉，進(jìn)而獲得比較干凈的單純大腦信號數(shù)據(jù)。

但數(shù)據(jù)分析并不止于此。研究人員利用已知的大腦解剖信息和收集來的數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)崟r追蹤從大腦不同區(qū)域交互產(chǎn)生的信號，建立一個不斷變化的大腦活動網(wǎng)絡(luò)圖。然后，他們讓計(jì)算機(jī)連接大腦活動的特殊網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而學(xué)習(xí)大腦的認(rèn)知和行為模式。

馬倫說：“這一領(lǐng)域的最高境界，就是以思想的速度跟蹤分布式大腦網(wǎng)絡(luò)的變化。我們已經(jīng)接近這個目標(biāo)，但還沒有奪取這個‘圣杯’。”

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)公司受“追捧”

尉遲和馬倫為此都創(chuàng)建了自己的大腦科技商業(yè)公司。

尉遲的公司名為Cognionics，將頭盔賣給研究機(jī)構(gòu)，這種頭盔在神經(jīng)反饋專家那里也很受歡迎，這一領(lǐng)域研究的最終目的，是讓頭盔走進(jìn)診所幫助診斷中風(fēng)和癲癇等疾病。

馬倫的創(chuàng)業(yè)公司名為Qusp，已經(jīng)開發(fā)出了基于云計(jì)算的軟件平臺，能夠提供連續(xù)的、實(shí)時的大腦和身體信號解析，其目標(biāo)是讓腦—機(jī)接口和先進(jìn)的信號處理方法更容易與多種多樣的日常應(yīng)用和可穿戴設(shè)備相適應(yīng)。

在美國國防部高級研究計(jì)劃局（DARPA）的資助下，Cognionics正在開發(fā)升級版的EEG系統(tǒng)，而Qusp則在開發(fā)更加易于快速設(shè)計(jì)和分析大腦信號的圖形軟件。

考文博格斯認(rèn)為，這些創(chuàng)新企業(yè)的努力，正是幫助雅各布斯工程學(xué)院神經(jīng)計(jì)算研究所擺脫實(shí)驗(yàn)室“束縛”的成功實(shí)踐。

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