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原标题:我校代表队获首届中国脑,用脑科学支持人工智

浏览次数:162 时间:2019-12-30

<DIV>      11月26日至27日,由国家自然科学基金委员会主办的2010年“首届中国脑-机接口比赛”在京举行。由我校电子与信息工程学院博士生王大明、曹磊、冯彦成组成的代表队,分别获得“开关量控制”B组第一名和“自动车控制”第四名。</DIV><DIV>      本次比赛吸引了清华大学、国防科技大学、电子科技大学、上海交通大学、华南理工大学、天津大学、浙江大学、澳门大学、美国密西西比大学、同济大学等17所国内外高校与研究所的代表队参赛。比赛设“开关量控制”、“字符输入”和“自动车控制”三项测试角逐。其中“开关量控制”又分为A组(基于视觉刺激范式)”、B组(非视觉刺激的其他范式)两组进行比赛。我校代表队参加了“开关量控制”B组和“自动车控制”两个项目的比赛。在开关量项目中,我校代表队选手只用了9秒的时间就完成了比赛,赢得全场观众掌声,并最终获得第一名。此外,在自动车控制比赛中,我校代表队也获得了第四名的好成绩。</DIV><DIV>      脑-机接口研究是国家自然科学基金委员会“视听觉信息的认知计算”重大研究计划的重要研究方向之一,是神经科学和工程技术学科交叉产生的一项具有深远意义的创新性发明。脑-机接口是在大脑与外部设备之间建立的一种直接的交流通道。脑-机接口通过实时记录人脑的脑电波,在一定程度上解读人的思维,并将其“翻译”成控制命令,由此来实现对计算机、家用电器、机器人等设备的控制,从而做到“心想事成”,在医疗、康复、娱乐乃至国防领域有着广泛的应用前景。</DIV>

图片 1 比赛队伍

一年多来,科学基金不仅给崔翯的科研工作提供了保障,更是一种荣誉和鼓励。“国家自然科学基金委员会是我国资助基础研究最大的机构,能够获得来自基金委的资助意味着研究工作得到一定程度的肯定。”

由国家自然科学基金委员会、清华大学主办,国家自然科学基金委员会“视听觉信息的认知计算”重大研究计划资助的“首届中国脑—机接口比赛”于11月26日至27日在北京举行。这次比赛会聚了国内在本领域研究的主要单位,包括国防科技大学、电子科技大学、上海交通大学、华南理工大学、天津大学、浙江大学、中科院半导体所、北京师范大学、同济大学、澳门大学、美国密西西比大学等单位的17支代表队参赛。 华工共有四支参赛队伍,分别进行了“开关量控制”、“字符输入”和“自动车控制”四个项目的角逐。参赛队按要求采用自己的脑机接口系统参与比赛,这种比赛方式的目的是测试参赛队在系统设计、数据分析、算法实现、以及受试者训练等方面的综合水平。经过激烈的角逐,华工由李远清教授带队的参赛小组,获得了“字符输入”和“自动车控制”两个项目第一名和另外两个项目第二名。尤其是我校代表队在演示“字符输入”和“自动车控制”两个项目时,成绩非常突出,获得了观众和其他参赛队成员的阵阵掌声,其总体成绩和表现获得了国内脑机接口领域专家学者的高度肯定。 既了解,脑机接口是在大脑与外部设备之间建立的一种直接的交流通道,通过分析脑电波,并将其“翻译”成控制命令,由此来实现对外部机器设备的控制。它在医疗、康复、娱乐乃至军事领域有广泛的应用前景。脑机接口还对理解和验证大脑的工作机制,改进和提高人工智能系统的信息处理能力提供了强有力的手段。 脑机接口的研究是国家自然科学基金委员会“视听觉信息的认知计算”重大研究计划的重要研究方向之一。设立脑机接口比赛的目的是要交流与展示我国近年来在脑机接口研究中取得的重要成果,并以此推动我国在本领域研究的进一步发展。

因此,这套行为学范式克服了传统神经电生理研究的缺陷,为开展进一步研究预测性运动控制提供了理想的行为学范式。

崔翯介绍,在上述实验中,研究人员还记录了猴子手臂的运动轨迹和神经元活动,以期建立二者之间的函数关系。目前,他们已经记录了上百个神经元活动,发现了大脑中预测性运动控制的信号。同时实现了离线状态下的神经解码,即通过后期数据读取大脑运动控制信号来驱动屏幕上光标和机械手臂的运动。

崔翯开展的研究,离不开国家自然科学基金的支持。2016年初,崔翯一回国便申请了国家自然科学基金面上项目。

在科学家们看来,这项围绕解码大脑皮层预测性运动控制的基础研究将为脑机接口和神经义肢开发奠定神经生理学基础。目前开发的脑机接口终端效应器均由大脑信号通过感觉反馈直接即时驱动而非对大脑整套运动程序的预测性解码,没有利用大脑对运动“前馈控制”的基本原理,所以只能实现对静态目标的抓取却无法应对动态环境。

国外科学家研制的脑机接口

《中国科学报》 (2017-11-27 第6版 基金)

基于预测性运动控制原理的脑机接口研发,将通过将高密度神经电极植入,解码人的神经活动,通过意念驱动机械手臂,实现自然环境下动态目标的抓取,帮助运动障碍病患改善生活。

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最近,在国家自然科学基金(项目号:31671075)的支持下,中国科学院神经科学研究所和脑科学与智能技术卓越创新中心崔翯研究组在《神经生理学》(Journal of Neurophysiology)杂志上发表论文显示,研究人员通过训练猕猴完成自由式拦截手动成功建立起预测性运动的行为学范式。

“有望明年实现在线状态下的大脑实时控制,实现利用解码的神经信号驱动机械臂来击打运动目标。”他说。

■本报记者 甘晓

崔翯希望,未来,科学基金能够给予这一领域更大力度、更长时间尺度的实质性支持,让科学家在后续有关运动神经控制的基础研究中取得突破性进展。

现实中,意念操控的黑科技也许不再是梦想。脑科学研究者正在揭示预测性运动控制神经机制,以脑科学基础研究支持人工智能发展并促进两大领域的深度融合。最近,在国家自然科学基金(项目号:31671075)的支持下,中国科学院神经科学研究所和脑科学与智能技术卓越创新中心崔翯研究组在《神经生理学》(Journal of Neurophysiology)杂志上发表论文显示,研究人员通过训练猕猴完成自由式拦截手动成功建立起预测性运动的行为学范式。

运动神经解码与动态环境下的脑机接口

大脑后顶叶承担了使用感觉信息精确引导行为的任务。不过,这一过程的神经机制依然不清楚。近年来,崔翯和同事们启动了围绕后顶叶的研究。“想弄清楚神经元的工作是编码了高度处理后的感觉信息还是抽象层次的运动参数。”崔翯表示。

在潘多拉星球,下身瘫痪的前海军战士杰克:萨利头戴复杂的设备,躺在密封舱中,用意念控制阿凡达的运动——电影《阿凡达》中呈现了意念控制的一个经典桥段。

“这是我们整个计划的第一步,未来我们将进一步研究灵长类大脑皮层中各脑区在预测性运动控制中的作用。”崔翯告诉《中国科学报》记者。

目前感觉运动神经生理学领域的绝大多数学者研究了动物对静止目标的运动反应,这种方法不能够判断所观测到的神经活动反映的是简单的感觉刺激反应还是对未来状态的预测。为弥补这一缺陷,崔翯团队在上述发表在《神经生理学》杂志上的研究中,训练猴子通过手臂运动在自主选择的位置拦截移动的目标体。实验证明了手动拦截的预测性,“启动手动的时候,大脑不是奔着当时目标的位置去指挥手动,而已经准确预测手动到什么位置能和移动目标相遇。”

预测是大脑的重要功能和智能的重要基础。已有的神经科学研究认为,灵长类动物的大脑对运动的控制是基于内部建模机制对未来感觉结果的预测,而不简单是对外部刺激的反射。崔翯打了一个形象的比喻:当人和猴子走进回转寿司餐厅,他们的大脑能够在对运动目标预判的基础上启动预先设定一套程序以控制手臂运动来准确拿到传送带上的寿司。

按照计划,崔翯课题组将在明后年开展一系列实验,希望通过对获取的大脑如何预测和规划运动的神经元活动大数据集的深度建模分析,从了解大脑如何工作到描述大脑如何工作,最终实现模拟大脑如何工作。

“科学基金公平、公正,代表了国内资助基础研究、引导基础研究的最高水平。”崔翯表示。

用脑科学支持人工智能

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