捕捉注意力的腦機(jī)接口

現(xiàn)在，創(chuàng)客也可以使用這種針對(duì)注意力

缺陷多動(dòng)障礙患兒的腦電圖頭戴式設(shè)備了

我是一個(gè)時(shí)尚科技設(shè)計(jì)師。在設(shè)計(jì)中，我會(huì)將時(shí)尚與工程、科學(xué)和交互式用戶體驗(yàn)技術(shù)結(jié)合。我設(shè)計(jì)的很多產(chǎn)品都能夠監(jiān)測(cè)穿戴者的生理指標(biāo)（比如心率），并以某種形式對(duì)這些信息做出反應(yīng)，傳遞穿戴者的內(nèi)在狀態(tài)。2016年，作為奧地利林茲電子藝術(shù)未來(lái)實(shí)驗(yàn)室的常駐藝術(shù)家，我決定抓住機(jī)會(huì)，看看我的技術(shù)能不能應(yīng)用在醫(yī)療方面。 結(jié)果我研發(fā)了一種頭戴式設(shè)備，能夠幫助患有注意力缺陷多動(dòng)障礙（ADHD）的兒童，并且能夠幫助看護(hù)者更好地了解與患兒癥狀有關(guān)的環(huán)境因素。今年4月，這款頭戴式設(shè)備的底層技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用，對(duì)腦機(jī)接口（BCI）感興趣的創(chuàng)客也可以使用了。 其實(shí)我到林茲的時(shí)候，就對(duì)腦電圖（EEG）設(shè)備產(chǎn)生了興趣。它能夠測(cè)量大腦的腦電活動(dòng)，我在早期的工作中對(duì)這些也有了解。在電子藝術(shù)節(jié)期間，我在附近的仁慈兄弟醫(yī)院（Barmherzige Brüder Hospital）遇到了杜米尼克?萊斯特（Dominik Laister），他后來(lái)成為一名很有價(jià)值的顧問(wèn)。向他咨詢后，我決定著重研究與事件關(guān)聯(lián)的腦點(diǎn)位信號(hào)P300。P300在醫(yī)療臨床檢查和腦機(jī)接口研究中經(jīng)常受到關(guān)注。它是一種電壓脈沖，在受到外部刺激后的幾百毫秒內(nèi)發(fā)生，通常認(rèn)為它與注意力和決策相關(guān)。在診斷注意力缺陷多動(dòng)障礙患兒時(shí)，都會(huì)測(cè)量P300信號(hào)，因?yàn)榛純旱倪@種信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間較長(zhǎng)，且信號(hào)強(qiáng)度不如健康兒童。

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注意力缺陷多動(dòng)障礙的治療中一般會(huì)使用刺激劑，例如阿得拉。這種藥物能夠幫助提高注意力，同時(shí)減少過(guò)度活躍和沖動(dòng)的行為。雖然藥物可能有助于緩解患者的癥狀，卻無(wú)法幫助了解注意力缺陷多動(dòng)障礙患兒為什么更容易對(duì)某種刺激產(chǎn)生反應(yīng)，以及怎樣才能在減少患者對(duì)藥物依賴同時(shí)治療其癥狀。 我的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種設(shè)備，通過(guò)監(jiān)測(cè)患兒的大腦及其所處的環(huán)境來(lái)提供相關(guān)研究所需的數(shù)據(jù)。之后我設(shè)計(jì)了“獨(dú)角獸代理人”（Agent Unicorn）——帶有一個(gè)突角的頭戴式設(shè)備。它的突角中裝有一個(gè)800萬(wàn)像素的相機(jī)，能夠在頭戴式設(shè)備內(nèi)置的腦電圖檢測(cè)到P300事件增加時(shí)拍攝視頻。該設(shè)備的外形經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì)，可以自動(dòng)將電極定位到頭蓋骨上的正確位置。 創(chuàng)建Agent Unicorn時(shí)，我不想使用任何商業(yè)化的腦電圖設(shè)備。價(jià)格較低的設(shè)備沒(méi)有數(shù)據(jù)獲取和處理能力，多數(shù)使用的都是接觸前額的單電極，并且難以區(qū)分腦電波和肌肉收縮造成的電活動(dòng)。醫(yī)療級(jí)別的系統(tǒng)價(jià)格非常高昂，可靠設(shè)備的價(jià)格高達(dá)1萬(wàn)美元，而且非常笨重。 于是我開(kāi)始與G.tec公司的創(chuàng)始人兼聯(lián)合首席執(zhí)行官克里斯多夫?古格（Christoph Guger）合作。G.tec公司位于林茲附近，是一家生產(chǎn)腦電圖設(shè)備和軟件的大型醫(yī)療工程公司。該公司的產(chǎn)品主要供應(yīng)給醫(yī)院和其他醫(yī)療客戶，但古格對(duì)希望在項(xiàng)目中使用神經(jīng)學(xué)數(shù)據(jù)的新一代創(chuàng)客很感興趣。加上我對(duì)P300信號(hào)特別感興趣，我們將電極數(shù)從常規(guī)的64個(gè)縮減到了8個(gè)。我們開(kāi)發(fā)了一種與電極連接的微型腦電圖板，不需要導(dǎo)電膠就可以使用電極。 在這款頭戴式設(shè)備中，腦電圖板與樹(shù)莓派Zero W單板計(jì)算機(jī)連接。樹(shù)莓派計(jì)算機(jī)還能夠接收來(lái)自突角攝像機(jī)的連續(xù)視頻。檢測(cè)到P300事件時(shí)，樹(shù)莓派通過(guò)無(wú)線通信方式將事件發(fā)生之前3秒和事后5秒內(nèi)的視頻發(fā)送到一臺(tái)筆記本電腦，這樣我們就能夠看到是什么吸引了佩戴者的注意力。 2016年7月以前，我們的頭戴式設(shè)備僅有幾種有不同形狀的角。通過(guò)與洛杉磯的3D打印專家伊戈?duì)?內(nèi)澤維奇（Igor Knezevic）合作，我們研究了更多種形狀和顏色的角，并開(kāi)始在兒童身上實(shí)際使用Agent Unicorn。很快我們就發(fā)現(xiàn)，角越有趣、越奇特，孩子們就越喜歡佩戴。 Agent Unicorn的優(yōu)勢(shì)之一，就在于它能夠獲取更接近兒童日常生活精神狀態(tài)的數(shù)據(jù)，因?yàn)橄嚓P(guān)機(jī)構(gòu)和兒童可以在更自然的環(huán)境中使用該設(shè)備。想要測(cè)量孩子的腦電活動(dòng)時(shí)，孩子在游戲室或教室內(nèi)就可以自行拿起Agent Unicorn佩戴在頭部，而不需要醫(yī)生在診所里通過(guò)在頭部的64個(gè)電極將患兒與機(jī)器連接。 此外，Agent Unicorn頭戴式設(shè)備還設(shè)置了LED燈，可在P300事件發(fā)生時(shí)閃爍。這種方式，可以在兒童注意力特別集中時(shí)提醒治療者，從而便于治療者開(kāi)展工作。也可提出非藥物治療方式的建議。 至于Agent Unicorn對(duì)于注意力缺陷多動(dòng)障礙患兒究竟價(jià)值幾何，臨床研究正在進(jìn)行當(dāng)中，不過(guò)G.tec公司最近已經(jīng)發(fā)布了一款面對(duì)科學(xué)家、制造商和藝術(shù)家的Unicorn 腦電圖設(shè)備，售價(jià)為1 100美元。這款設(shè)備沒(méi)有攝像頭角，使用柔軟的頭罩固定頭部電極。藍(lán)牙連接可傳輸數(shù)據(jù)，可使用不同的編程語(yǔ)言對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。

我的目的是創(chuàng)造一種學(xué)習(xí)系統(tǒng)，能夠讓穿戴者更了解自己，并幫助他們確定潛意識(shí)中的大腦活動(dòng)。任何人都能夠穿戴這種設(shè)備來(lái)測(cè)量自己的腦電活動(dòng)并從中得出結(jié)論。比如，我們對(duì)不同的顏色會(huì)有怎樣的反應(yīng)？看見(jiàn)巧克力時(shí)腦電活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生尖峰嗎？聽(tīng)到自己的名字時(shí)會(huì)如何響應(yīng)？如果你不想購(gòu)買但是想試用這種設(shè)備，那么去全球任意一個(gè)針對(duì)腦機(jī)接口設(shè)計(jì)者的BR41N.io黑客松場(chǎng)館，加入我們吧！