在腦中植入電極用意念控制機械手臂的工作原理是怎樣的？

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腦卒中是目前全球第二大致死疾病，每年死亡病例達 620 萬，其中約有 170 萬患者出現卒中相關性嚴重併發症，導致殘疾，而肢體癱瘓是主要殘疾癥狀。通過該項研究可實施運動功能重建，從而改善病人生活質量。 via 中國首次成功在腦中植入電極用意念控制機械手臂

這項技術的實現難點是什麼？

不過本人並不是做腦機介面項目，就自己所知說一下。
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如果是實現目前已經能做到的東西，前面有人說過了，電極製作、位置選取、信號讀取和解析去噪等都是技術難點。
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如果是」意念控制機械肢體「，那麼我覺得是這樣：
首先看原理，實際上這類腦機介面技術並未真正破解人類的神經信號編碼，大部分只是通過模式識別的方式來實現控制。大體上是

首先，要有一種採集人腦神經活動信號技術（目前最常用的是EEG）

要求被試訓練某種思考模式，如想像「上」和「下」，重複若干次。這時同時採集人腦活動數據。

用計算機模式識別等演算法，通過想像「上」和「下」時，被試腦活動信號的差別，建立一個演算法模型。該演算法可以對新的輸入自行判斷是「上」or「下」。

將上面的演算法的計算結果做成輸出，對應於機械臂的上和下的動作。注意，實際上「上"和"下"用於編碼機械手」握緊「和」鬆開「也完全沒有任何問題，只是會給被試控制機械臂帶來不必要的不自然感。

難點就是如果機械臂的動作模式非常複雜，那麼需要訓練的思維模式也會變得很多，分兩類的演算法比較好建立。但分256乃至更多類，彼此間還差異不大的活動模式，這個演算法就很難找了。而人類的手臂可以實現的動作自由度遠不止幾百。
如例子中所述的」石頭剪刀布「，只有三種模式，目前當然是可以做的。真的要做到如同真實的手臂和手指一樣，則目前就我所知還無法實現。
如果要跳出訓練-建模-輸出的模式而直接解析運動皮層的輸出信號，就我所知目前還沒有什麼可行的辦法。

原理在這個答案說的很多了美國在猴子身上實現異體操控意味著什麼？這一技術的發展前景如何？

我說說難點。

信號採集的角度講，腦機介面一般用EEG信號，ECoG信號或者電極陣列信號。

EEG就是大家常見的電極帽，貼在頭皮上，風險幾乎沒有，但是噪音大，信號粗糙，解碼（比如解讀腦信號控制機械臂）效果較差。巴西世界盃開幕式上癱瘓兒童腦控機器外骨骼開球用的就是這種技術，可以看到那小孩兒踢球還是挺費勁兒的。對EEG而言，難點在降噪和解碼。

電極陣列的樣子很像雜技表演里的釘板，上面幾十到一百個電極針，縮小到半個小拇指蓋兒這麼大。植入這傢伙要做開顱手術，特別是要把腦膜打開，釘在腦組織上面（一般在M1，PM，SMA），順帶要把電極基座固定在頭骨上。開顱手術風險很大（打開腦膜，可能帶來腦組織感染），頭骨上露出的電極基座也很容易感染（異物排斥）。植入的電極還可能被膠質細胞包裹，推出腦組織，或者電極被腐蝕失效。雖然風險大，但電極陣列記錄到的是直接的運動皮層細胞活動，spike或者lfp，解碼效果一般比較好。對電極陣列而言，難點主要在於手術風險和信號保持。

最後說浙大用的ECoG信號，算是前面兩種方法的折中。是通過手術將一片帶有電極的薄片附在硬腦膜上，需要開顱骨，但不需要打開腦膜，極大的降低了腦組織感染的風險。電極的位置在顱骨以下，靠近皮層信號質量好，噪音較小。解碼的效果介於電極陣列和EEG之間。對ECoG而言，電極基座感染還是有可能的，同時解碼依然是難點。

美國在猴子身上實現異體操控意味著什麼？這一技術的發展前景如何？
來源中也是在猴子上實現的，所以，這個問題已經很多人都討論過了，我強烈建議大家看看。

另外，多說幾句。

這個問題其實有一個錯誤，需要區分癱瘓殘疾和截肢殘疾。
截肢殘疾的患者，使用的輔助器具，才是假肢。「代替缺失肢體，補償缺失功能」。

腦卒中，也稱中風，大部分是患者截癱或者偏癱，並沒有缺失的肢體，所以，使用假肢，並不可行。
對於腦卒中，現在使用的輔助器具，大部分是「截癱助行器」，一種外骨骼，幫助使用者站立和行走，但是截癱或者偏癱，在使用助行器的情況下，仍然需要拐杖等輔助措施。具體如下圖：

注意，兩張圖片中產品的類型不同，分別用在不同的情況。

現在也有電控的產品，主要是提升行走的安全性。

現在絕大部分產品都是無動力的，少部分有動力的產品。另外，動力外骨骼，不僅僅是為了癱瘓患者使用的，更多的研發方向，是軍用技術，這個發達國家研究的多了，美國、日本、以色列都在前列。如果你還不懂什麼叫「動力外骨骼」，可以考慮去看看《鋼鐵俠》。

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另一種產品。名字叫做「智能助行儀」國內投入使用的很少，現在還在推廣階段。
這種產品，應用於癱瘓高度更低的患者，例如僅腿部癱瘓；或者應用在兒麻後遺症患者上。

癱瘓的患者，或者兒麻的患者，他們的肌肉骨骼最開始並沒有問題，是神經系統出現了控制障礙。於是，就有人想，那麼能否通過外在的干預，重新控制患者的肌肉收縮，讓患者能夠獲得再次行走的能力呢？
於是就有這麼一種產品誕生了，下面我抄一段話過來：
「產品利用功能電刺激原理，在步行時模擬中樞神經系統啟動和控制目標神經核肌肉，即刻輔助患者完成彎膝、提足、邁步、落地的步行動作，改善患者步態，使足下垂、足內翻和膝無力患者步行更穩健、輕鬆、自然。」

以上兩種產品，才是腦卒中患者適用的產品，假肢並不是他們的使用範圍。

單純控制手臂的原理應該比較簡單那，北卡萊納很早之前就做出了智能的假腿，其還協助運動員參與奧運會了，原理無外乎信號的解碼和編碼，先將大腦的指令傳遞給機器假肢，由機器假肢執行動作，再與大腦命令進行反饋。浙大和美國明尼蘇達大學的意念控制飛機相比較會更難

1. 收集大腦信號
a. 方法很多
2. 特定大腦信號對應到機器的特定行為
a. 對應要巧妙，這裡是成敗的關鍵。現在記錄穩定的信號已經不成問題了
3. 機器感測器收集信號，轉化為特定電信號
a. 通過什麼渠道傳回來，如何定義這些電信號需要思考
4. 電信號傳回大腦
a. 以上幾步都需要經過後天訓練，且有個體差異

人機相處的終極之道：
一方面，人類必須更好地了解自己，對生命本身加強探索。馬雲近日與Facebook 扎克伯格對談談到了類似觀點，即人類過去是探索太空，未來會更多探索自己，比如去了解我們的基因，生命的原理。人類為何會有意識？人類的思維本質是什麼？人類的智能原理是什麼？了解清楚這些是讓機器智能化的前提。只有更好地了解自己，才能更好智能化機器、理解智能化機器

另一方面，人類必須掌握絕對控制機器的手段。在機器越來越強大時，如何採取最有效率的方式與它們溝通，如何在最底層對它們進行控制，如何從研發環節避免潘多拉魔盒被打開，這些都是人工智慧時代人機交互必須考慮的事情。

難點應該是電極的製作和選擇的大腦皮層位置、固定方式，再就是全世界的老大難問題，信號的讀取和解析處理。