未来兽医:脑机接口应用潜力巨大

学术   2024-11-22 12:52   山东  


意念写字,科幻走进现实


4月23日,浙江大学脑机接口临床转化研究团队发布重磅研究成果:首次实现76岁高位截瘫患者通过意念控制机械臂书写汉字。这与之前实现的简单的机械臂抓取动作相比是一次重大技术进化,汉字书写是一种精细运动,汉字书写中笔画的长短、偏旁部首的精确位置都极为重要,这要求脑机接口系统具有极高的精度以及可处理复杂的信号的能力,实现书写汉字功能意味着未来可以扩宽更复杂的使用场景。


脑机接口基本技术原理


脑机接口(BCI)技术是一个多学科交叉的研究领域,浙大此项研究属于侵入式脑机接口领域(将电极直接植入大脑皮层或其下方),它是脑机接口领域最硬核的方向,国外以马斯克Neuralink为代表的知名脑机接口企业多数为侵入式。它需要通过手术将微型电极植入到大脑皮层,收集记录高质量、高时空分辨率的的神经信号,随后再将这些神经信号进行解析转码,编译到机械臂或其他终端的程序上,最终实现极具科幻感的“脑控”场景。


脑机接口技术路线图

国外脑机接口代表性企业

未来兽医,超前构想


脑机接口(BCI)技术在兽医领域的应用是一个具有挑战性的话题。尽管目前脑机接口技术主要集中于人类医疗健康领域,但其潜在的应用范围可以扩展到兽医领域,在此我们可以大胆构想一下未来兽医应用脑机接口的研究方向和应用场景。

由于动物不具备像人类那样运用语言进行直接交流的能力,因此,脑机接口技术有望成为一种开创性的人与动物沟通桥梁,为理解并建立更深层次的互动关系开辟全新的途径。这一前沿科技在兽医将带来巨大变革,它能够实现对动物神经信号的实时采集和详尽记录,进而借助先进的算法和技术手段解析这些信号背后的含义,从而揭示动物的内在思维活动、情感体验以及行为动机。这种基于脑机接口的沟通方式,其精准度和直观性几乎可以比拟我们与宠物间的直接言语交谈,无疑将极大地推动动物福利和兽医学科的进步与发展。

新型动物诊疗:无需多言我都懂


在动物诊疗领域,这一前沿科技能够深度探测并解析动物大脑中的复杂电生理活动,揭示其内在的神经活动规律,为兽医提供前所未有的视角去透视动物的生理及病理状态。特别是在处理神经系统相关的疾病时,例如癫痫这类病症,BCI技术能精准定位病灶、实时追踪病情演变,从而实现个性化、精准化的诊疗方案,极大地提升了疾病的诊断准确率和治疗效果。

霍华德·休斯医学研究所Albert Lee、Lai Chongxi团队构建鼠脑机接口表征认知地图

赛博动物:浣熊如愿得到了冬兵机械臂


在康复辅助应用上,BCI技术同样展现出了巨大的潜力。当动物不幸遭遇事故或者患上影响行动能力的疾病时,该技术可以通过植入或非植入的方式,实时捕获并解析动物的意念驱动的大脑信号,进而操控各类康复训练设备,如智能假肢、助力机器人等,协助宠物进行有效的物理治疗,加快其运动功能的恢复进程,赋予它们重新奔跑、跳跃的能力。

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这只猪告诉我它不喜欢这个猪圈


针对行为研究层面,BCI技术的应用使得科学家们能够深入探索动物物的行为模式、情绪反应以及认知能力等诸多方面。借助这项技术,研究者能够科学、客观地评估宠物的情绪状态,包括快乐、痛苦、恐惧等各种情绪维度,这不仅有助于优化动物训练策略,提升训练效率,而且对于改进动物饲养环境、提高动物生活质量,乃至推动动物保护工作都具有深远的影响。

Neuralink脑机接口技术预测猪的运动信号

卡皮巴拉(水豚):精神状态很稳定


在动物健康监测方面,BCI技术可以应用为一个全天候守护动物健康的智能卫士。它能持续监测宠物大脑的各项生理指标,实时反映出宠物的精神状态、睡眠质量甚至是早期疾病迹象。无论是焦虑、抑郁等情绪问题,还是阿尔茨海默症等神经退行性疾病的风险预警,BCI技术都能提供及时而准确的信息反馈,为主人和兽医制定预防性保健计划和早期干预措施提供了有力支持。

动物语言翻译机或成为现实


在动物与人类互动关系的深化上,BCI技术也发挥着桥梁作用。通过解码动物发出的大脑信号,科研人员能够研发出一系列能够感知并响应宠物意愿的智能产品,比如可互动的智能玩具、基于脑控指令的喂食器、甚至是动物语言翻译机都将成为可能。这些创新设备将打破传统的人和动物交流壁垒,从而促进人与动物之间的情感联系和互动体验。

Neuralink发布会展示猴子Sake 操作电脑打字


     可能面临的挑战和难点      

目前,脑机接口(BCI)技术在兽医领域尚未广泛研究和应用,以上场景仅限于构想层面。我们在肯定它发展潜力的同时,同时也可窥见将要面临的挑战和难点。

首先是跨学科合作的需求,这项技术仅凭兽医学的努力是远远不够的,还需要神经医学、动物行为学、工程学、计算机学等多个学科的知识和技术支持。另外动物福利问题也是一个重要考虑因素,可能还需要专门制定适用于动物脑机接口技术实验的监管要求和法律框架,以确保动物最小的痛苦和压力。研究资金来源和商业应用化也面临挑战,包括但不限于研究价值、成本控制、市场接受度等因素制约。

虽然面临诸多不确定性因素,未来兽医仍然值得期待,我相信BCI技术在兽医领域研究价值和商业价值是巨大的!

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