聚焦超声精准调节神经回路—— 新技术增强非侵入式脑机接口功能

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在一项针对25名人类受试者的研究中，美国卡内基梅隆大学研究团队首次成功整合了一种新型聚焦超声刺激技术，实现了双向脑机接口（BCI）功能，即对脑电波进行编码和解码。这项工作开辟了一条新途径：通过刺激目标神经回路，不仅可显著提高信号质量，还可显著提高整体非侵入式BCI性能。相关论文发表在最新一期《自然·通讯》杂志上。
研究证明，利用聚焦超声进行精准的非侵入性神经调节，可改善BCI的通信性能。在实验中，研究人员借助一种“通信假肢”，让25名人类受试者使用BCI拼写器拼写出像“卡内基梅隆”这样的短语。BCI拼写器是一个6×6的视觉运动辅助工具，其中包含通常用于交流的完整字母表。受试者戴上脑电图（EEG）帽，只需看字母，就能产生EEG信号来拼写所需的单词。
研究人员将聚焦超声波束从外部作用于大脑的V5区域（视觉皮层的一部分）时，发现受试者的非侵入式BCI性能大大提高。与以前（包括纯处理和解码记录信号）相比，加入聚焦超声神经调节集成的BCI主动改变了神经回路的参与度，最大限度地提高了BCI性能。
研究人员发现，通过聚焦超声进行神经调节后，显著提高了θ神经振荡，从而增强了注意力并提高了BCI性能。
团队正在进一步研究聚焦超声神经调节在大脑（视觉系统之外）中的优点和应用，以增强非侵入式BCI性能。他们还在开发更紧凑的聚焦超声神经调节装置，以便更好地与基于EEG的BCI和人工智能集成，提高系统整体性能。
【总编辑圈点】
非侵入式BCI具有便宜、安全且几乎适用于所有人的优点，因此备受业界关注和称赞。但它也有个缺点，即信号是通过头皮记录的而不是直接来自大脑内部。这样会降低信号质量，带来很多限制。本研究所采用的聚焦超声技术，其实是早已有之的方法——利用超声波作为增强工具，将很多束超声波从体外发射到体内，并在这一过程中聚焦。这种方式对非侵入式BCI的信号增强作用非常明显，成为此次科学家可以刺激神经回路和解码脑电波的关键。