在一項針對25名人類受試者的研究中，美國卡內基梅隆大學研究團隊首次成功整合了一種新型聚焦超聲刺激技術，實現(xiàn)了雙向腦機接口（BCI）功能，即對腦電波進行編碼和解碼。這項工作開辟了一條新途徑：通過刺激目標神經回路，不僅可顯著提高信號質量，還可顯著提高整體非侵入式BCI性能。相關論文發(fā)表在最新一期《自然·通訊》雜志上。

研究證明，利用聚焦超聲進行精準的非侵入性神經調節(jié)，可改善BCI的通信性能。在實驗中，研究人員借助一種“通信假肢”，讓25名人類受試者使用BCI拼寫器拼寫出像“卡內基梅隆”這樣的短語。BCI拼寫器是一個6×6的視覺運動輔助工具，其中包含通常用于交流的完整字母表。受試者戴上腦電圖（EEG）帽，只需看字母，就能產生EEG信號來拼寫所需的單詞。

研究人員將聚焦超聲波束從外部作用于大腦的V5區(qū)域（視覺皮層的一部分）時，發(fā)現(xiàn)受試者的非侵入式BCI性能大大提高。與以前（包括純處理和解碼記錄信號）相比，加入聚焦超聲神經調節(jié)集成的BCI主動改變了神經回路的參與度，最大限度地提高了BCI性能。

研究人員發(fā)現(xiàn)，通過聚焦超聲進行神經調節(jié)后，顯著提高了θ神經振蕩，從而增強了注意力并提高了BCI性能。

團隊正在進一步研究聚焦超聲神經調節(jié)在大腦（視覺系統(tǒng)之外）中的優(yōu)點和應用，以增強非侵入式BCI性能。他們還在開發(fā)更緊湊的聚焦超聲神經調節(jié)裝置，以便更好地與基于EEG的BCI和人工智能集成，提高系統(tǒng)整體性能。

【總編輯圈點】

非侵入式BCI具有便宜、安全且?guī)缀踹m用于所有人的優(yōu)點，因此備受業(yè)界關注和稱贊。但它也有個缺點，即信號是通過頭皮記錄的而不是直接來自大腦內部。這樣會降低信號質量，帶來很多限制。本研究所采用的聚焦超聲技術，其實是早已有之的方法——利用超聲波作為增強工具，將很多束超聲波從體外發(fā)射到體內，并在這一過程中聚焦。這種方式對非侵入式BCI的信號增強作用非常明顯，成為此次科學家可以刺激神經回路和解碼腦電波的關鍵。