經驗案例

物聯網傳感器的新領域，大腦傳感技術如何運作？

想象一下。你回到學校，這是考試周，你有多次考試，你絕對需要做好，但最近你已經變得如此慌亂，你需要完成的任務，你無意中失去了焦點。聽起來像一個熟悉的場景？你有可能在生活的某個階段經歷過這種緊張的思維過程，但如果你被告知你可以通過每天戴上頭帶三分鐘來輕松防止這種情況再次發生怎么辦？憑借七個傳感器，五小時的電池續航時間以及跟蹤用戶進度的應用程序，頭帶設備可讓用戶通過冥想變得更加專注。您所要做的就是打開頭帶，將其與應用程序配對，打開應用程序，戴上耳機，然后聽指南。

讓你在一天不到三分鐘內成為最好的自我的頭帶聽起來像是一個甜蜜的交易，但它是如何工作的？當我正在研究物聯網傳感器這個主題時，我注意到沒有多少文章對大腦如何接收信號進行深入分析，我認為這對真正理解大腦傳感技術起著至關重要的作用。這就是為什么我決定這樣做的原因。
在本文中，當我討論神經傳遞的細節時，我將首先回顧大腦的生理學。我將簡要討論受這種生理學啟發的技術。最后，我將討論未來幾年大腦計算（或大腦感知/分析）將如何發展。
讓我們來談談腦科學：神經傳遞
我們首先討論信號轉導如何在身體細胞中起作用。當配體（一種充當信號的小分子）與受體結合時，細胞內會發生一系列有助于激活靶蛋白或分子的途徑。換句話說，信號分子鎖定在特定的結合位點上，打開受體下游的另一個靶分子，并繼續打開其他靶分子和蛋白質，直到產生指定的信號。然后產生的這個信號向上移動到脊柱并進入神經元所在的大腦。你的大腦是大約1000億個神經元的家園，神經細胞允許你對信號作出反應。這些微小的單元以非常同步的方式工作。神經元由細胞核，軸突，樹突，髓鞘和軸突末端組成。信號以電脈沖的形式傳遞給神經元，稱為“動作電位”，然后從神經元的樹突移動到軸突終端。動作電位導致神經細胞釋放神經遞質（信號分子），然后神經遞質與下一神經元上的受體結合。所有這一切發生的兩個神經元之間的區域稱為突觸。如果釋放到突觸中的這些神經遞質的電荷高于閾值，那么將觸發動作電位，但如果不是，則不會發生任何事情，這將是信號轉導的結束。這兩種狀態分別稱為興奮狀態和抑制狀態。當一組神經元經歷電脈沖的這種變化時，它們產生類似于小振動的電場，然后可以通過EEG傳感器在頭皮上檢測到。簡而言之：大腦接收電信號，這會在神經元內產生動作電位。動作電位通過突觸移動穿過神經元，突觸產生可由頭皮上的傳感器檢測到的電場。

腦電傳感器
1924年由德國精神病學家Hans Berger，腦電圖技術或EEG發現，通過測量神經傳遞實時產生的電場差異來工作。在傳統的EEG測試中，一排電極被放置在人的頭皮上，其中一根電線將它們連接到一個放大器上，該放大器可以加強拾取的波，以及一臺記錄所有數據的計算機。當電極正在拾取頭皮上的電場時，數據實時呈現在圖表上。科學家通過分析所呈現的波的類型來解碼這些數據。總共有五種不同的波長模式：Delta，Theta，Alpha，Beta和Gamma（波長頻率中最小到最大）。然后，研究人員使用由電極拾取的這些神經模式來分析認知行為。例如，在睡眠研究中，研究人員將尋找δ波來觀察患者能夠入睡的深度。同樣，他們會尋找更高頻率的波，如伽馬或β波，以檢查患者是否仍處于REM睡眠狀態。憑借其無創的使用方法，該技術使科學家和醫生能夠記錄特定活動在受試者大腦中發生的時間和地點。從這些發現中，他們能夠解釋在特定對話期間受試者的感受 - 他們是否感到厭倦和反應遲鈍？批判性地參與和思考？他們是否專注于談話或任務而沒有任何中斷？從睡眠行為到消費者行為，EEG技術使我們能夠在更加實際的基礎上深入研究人類大腦。

腦感應的物聯網方法
2014年，Joel Murphy和Conor Russomanno擁有近170,000美元和644名支持者，成功發布了OpenBCI（BCI代表Brain Computing Interface），這是一個開源生物傳感平臺，允許消費者跟蹤大腦，心臟和肌肉產生的電活動。這項技術有史以來第一次為公眾所用，為世界變化的發明鋪平了道路。快進到2017年，您可以在網絡上找到大腦感知產品。從允許用戶冥想的頭帶到幫助運動員保持時尚的同時也提高他們的注意力的時尚眼鏡，這些設備在日常生活中變得越來越普遍。但是，這些公司如何將EEG技術融入這些產品中呢？就像傳統的腦電圖帽將電極放在整個頭骨上一樣，InteraXon的Muse Brain Sensing頭帶這樣的頭帶可以通過在前額和耳后放置傳感器來工作。一旦耳機與其應用程序配對，傳感器讀取的電脈沖立即在應用程序中可視化。根據拾取的腦波類型，應用程序確定用戶是否需要變得更加專注。如果波頻率增加，這向軟件指示用戶分心于給定任務，并且作為對這些波的反饋響應，應用增加用戶聽到的聲音的音量以試圖獲得用戶重新聚焦。雖然非常簡單，但為了獲得最準確的讀數，人們需要將電極放在頭皮周圍，以及眼睛周圍，因為脈沖像微小的振動一樣遍布頭骨。由于額葉皮層是解決問題，判斷和沖動控制的主要場所，因此Muse Brain Sensing Headband具有沿前額放置的傳感器是有道理的。雖然它可能無法在整個大腦上獲得準確的讀數，但它能夠跟蹤額葉的活動，我們控制焦點的能力位于其中。因此，這個頭帶可以有力地幫助訓練額葉皮層更平靜地反應沖動，并通過合理的行動思考更集中的心態。

腦切片：腦計算技術的未來
腦感應技術被突出用于其許多醫學益處，包括幫助癌癥患者緩解壓力以提高恢復速度。但是，如果這些努力可以用于使日常生活變得簡單和無縫呢？到目前為止，我們都聽說過這種被稱為“ 切削 ” 的新趨勢，如果我們使用同樣的方法來控制日常任務，例如打開/關閉燈光，將門鎖到房子里，關掉你的鬧鐘，那該怎么辦？早上等？按照SpaceX等主要技術公司在未來幾十年（可能更早的時候）利用這項技術的速度，我們將看到人們將傳感器植入其頭骨并與不同的軟件集成，以便人類可以完全控制他們的生活。看起來電影畢竟不是謊言。這部真人秀中唯一的情節就是我們正在成為自己的機器人。然而，在此之前，為了確保清晰，準確的數據，我們需要做很多工作才能開始將人腦與人工智能合并。

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