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有人研發(fā)仿大腦芯片,讓你在VR里感覺身臨其境

責(zé)任編輯:zsheng 作者:小小 |來源:企業(yè)網(wǎng)D1Net  2018-07-08 09:17:17 本文摘自:網(wǎng)易科技

網(wǎng)易科技訊7月7日消息,據(jù)連線雜志報(bào)道,瑞士神經(jīng)科學(xué)公司MindMaze創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官特吉·塔迪(Tej Tadi),已經(jīng)找到利用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)修復(fù)中風(fēng)患者受損大腦的方法。現(xiàn)在,他正研發(fā)一種微芯片,可以復(fù)制大腦并行處理大量數(shù)據(jù)的方式。

 

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有人研發(fā)仿大腦芯片,讓你在VR里感覺身臨其境

圖1:MindMaze創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官特吉·塔迪(Tej Tadi)表示:“通過研究受傷的大腦,以及它是如何運(yùn)作的,這真的有助于我們更好地了解健康大腦。”

2011年3月的一個(gè)寒冷的早晨。通常情況下,在每年的這個(gè)時(shí)候,美國加州超級(jí)摩托車學(xué)校(California Superbike School)英國分部的46歲主任安迪·艾博特(Andy Ibbot)會(huì)出現(xiàn)在停機(jī)坪上,駕駛著學(xué)校的亮藍(lán)色雅馬哈R6s在銀石賽道上迂回前進(jìn)。不過那天,他躺在北安普頓總醫(yī)院超急性中風(fēng)病房的病床上。

艾博特的臉本來被曬成棕色,現(xiàn)在卻和周圍的墻壁一樣呈現(xiàn)灰白色。自從接受常規(guī)頸部手術(shù)引發(fā)嚴(yán)重的中風(fēng)以來,已經(jīng)過去72小時(shí)了,這使得艾博特的左側(cè)頸動(dòng)脈向大腦供血不足。醫(yī)生預(yù)測,艾博特可能活不過三天。由于細(xì)胞缺氧,中風(fēng)對他大腦左半球的神經(jīng)元造成了廣泛的損害,導(dǎo)致他身體右側(cè)的神經(jīng)癱瘓。

大腦的連接方式并不是與生俱來的。當(dāng)神經(jīng)元經(jīng)常聚集在一起時(shí),它們之間的聯(lián)系就會(huì)增強(qiáng)。這種機(jī)制被稱為神經(jīng)可塑性,激活一個(gè)神經(jīng)元更有可能觸發(fā)另一個(gè)神經(jīng)元被激活,從而促進(jìn)了相關(guān)想法的快速回憶,或者是在共同運(yùn)動(dòng)中平穩(wěn)執(zhí)行肌肉的收縮模式。簡而言之,神經(jīng)可塑性是我們學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)機(jī)制。當(dāng)我們年輕的時(shí)候,這些聯(lián)系是非常靈活的,但隨著年齡的增長,它們會(huì)變得更加牢固。20歲以后,學(xué)習(xí)新的語言或新的身體技能就變得困難得多。

中風(fēng)已經(jīng)撕裂了艾博特的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),使他失去了說話和走路的能力。然而,中風(fēng)也會(huì)帶來一種常見的、但尚未完全被理解的現(xiàn)象,它使這些神經(jīng)元變得更加靈活,使艾博特有短暫的機(jī)會(huì)修復(fù)部分損傷。在他受損的大腦再次恢復(fù)到完全成熟狀態(tài)之前,他有六個(gè)星期的青春柔韌性周期來嘗試和改造這些神經(jīng)連接,重新學(xué)習(xí)如何移動(dòng)身體。

通過物理治療,鼓勵(lì)中風(fēng)患者嘗試使用受損的大腦區(qū)域來控制相應(yīng)的肌肉群,這有助于觸發(fā)這些神經(jīng)元,從而為受損的神經(jīng)重新建立連接。換句話說,利用神經(jīng)可塑性可以教會(huì)大腦如何讓身體運(yùn)動(dòng)。為了使腦卒中后可塑性的短暫窗口發(fā)揮最大潛力,英國皇家醫(yī)學(xué)院建議患者每天至少進(jìn)行45分鐘的物理治療。在英國,剛剛有半數(shù)醫(yī)院達(dá)到了這個(gè)目標(biāo)。

 

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圖2:MindMotion Go是一款供患者玩的游戲,可以在非臨床環(huán)境下繼續(xù)進(jìn)行身體和精神方面的康復(fù)

2011年9月,當(dāng)艾博特出院時(shí),一切看起來已經(jīng)太遲了。六個(gè)月過去了,他的可塑性增強(qiáng)窗口早已消失,他的大腦也進(jìn)入了中風(fēng)后狀態(tài)。醫(yī)生建議艾博特適應(yīng)新的生活,他的說話或吞咽能力有限,右側(cè)身體幾乎無法移動(dòng),需要拐杖支撐才能移動(dòng)。不過,艾博特有其他想法。就在中風(fēng)前兩個(gè)月,他開始參加撒哈拉沙漠馬拉松 (Marathon des Sables) 訓(xùn)練,即穿越撒哈拉沙漠的6天超級(jí)馬拉松比賽。

艾博特知道,中風(fēng)后參加馬拉松跑賽的想法是個(gè)不切實(shí)際的目標(biāo)。不過,他想,為什么不能步行完成呢?艾博特的家在安普頓郡的Long Buckby,那里距離名為Physiofunction的神經(jīng)物理治療公司只有十分鐘的路程。而Physiofunction碰巧是歐洲最早試驗(yàn)名為MindMotion Go的新技術(shù)的公司之一。

由瑞士神經(jīng)科技初創(chuàng)公司MindMaze開發(fā)的MindMotion Go,采用微軟(Microsoft)的Kinect動(dòng)作捕捉攝像頭,為用戶提供了全套專為鼓勵(lì)正確身體動(dòng)作而定制的游戲。有些游戲需要你移動(dòng)手臂去賽車,傾斜身體去駕駛飛機(jī),或者握緊拳頭去操作起重機(jī)。這吸引了艾博特的競爭天性。6年后,艾博特的手臂恢復(fù)了運(yùn)動(dòng)能力,隨后語言能力也大大增強(qiáng)。

隨著練習(xí)的持續(xù),他先是可以在拐杖支撐下走路,最后甚至拋掉了拐杖。2017年4月7日,艾博特發(fā)現(xiàn)自己站在了他最初計(jì)劃于2012年回歸的地方:摩洛哥沙丘中,即撒哈拉沙漠馬拉松賽的起點(diǎn)。艾博特說:“我的目標(biāo)只是為了到達(dá)起跑線,在那之后的任何事情都是額外的獎(jiǎng)勵(lì)。”

9小時(shí)11分鐘后,艾博特跑過了前30.3公里階段的終點(diǎn)線,在10小時(shí)有效截止時(shí)間之內(nèi)。接下來的39公里需要在11個(gè)半小時(shí)以內(nèi)完成。第二天上午9點(diǎn)30分,伴隨著《Highway to Hell》的曲調(diào),艾博特和其他參賽者一起從營地大步走出來。

 

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圖3:生物醫(yī)學(xué)工程師索朗奇·塞皮(Solange Seppy)正在測試運(yùn)動(dòng)捕捉傳感器

2017年8月,MindMaze創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官特吉·塔迪(Tej Tadi)在公司的瑞士洛桑總部接受記者采訪。該公司總部占據(jù)了一棟辦公樓的七、八層。從他辦公桌后的窗戶,可以看到令人震撼的景觀——瑞士阿爾卑斯山的白色冰川,它與洛桑本身的炎熱和潮濕形成了鮮明的對比。36歲的塔迪是瑞士最成功的企業(yè)家之一。2016年,他的神經(jīng)科學(xué)公司MindMaze成為該國第一家達(dá)到10億美元估值的初創(chuàng)公司,這要?dú)w功于印度企業(yè)Hinduja Group的1億美元投資。

這筆投資被用于開發(fā)MindMotion Pro,也就是艾博特使用的最初醫(yī)學(xué)級(jí)系統(tǒng)。它使用專有的動(dòng)作捕捉攝像頭和虛擬化身,自動(dòng)完成那種通常需要訓(xùn)練有素的理療師持續(xù)指導(dǎo)的物理治療。塔迪在印度海得拉巴長大,對在醫(yī)療保健領(lǐng)域工作從來不感興趣,即使他的父母都是醫(yī)生。在取得電氣工程本科學(xué)位后,塔迪決定學(xué)習(xí)特效技能。他說:“這是一種創(chuàng)造性的沖動(dòng),我想找到讓模擬爆炸或火焰爆發(fā)在屏幕上看起來更真實(shí)的方法。”

2004年,塔迪加入瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EFPL),開始攻讀VR計(jì)算機(jī)圖形學(xué)碩士學(xué)位。他的第一個(gè)項(xiàng)目是在虛擬化身中開發(fā)更真實(shí)的行走動(dòng)作。該項(xiàng)目需要了解人腦是如何控制運(yùn)動(dòng)的,因此他經(jīng)常到附近的醫(yī)院去研究患有運(yùn)動(dòng)障礙的人,比如帕金森癥患者。塔迪解釋說:“通過研究受傷的大腦,以及它是如何運(yùn)作的,這真的有助于你更好地了解健康大腦。”

塔迪記得一個(gè)19歲的男孩,他在一次事故中失去了雙臂。和80%以上的截肢者一樣,這名男孩也患有幻肢疼痛,即截肢者手臂所在部位疼痛難忍。雖然人們對幻肢疼痛背后的機(jī)制知之甚少,但有一種理論認(rèn)為,這是大腦在看到失去手臂時(shí)做出的反應(yīng)。它與從肢體的其余部分發(fā)出的持續(xù)信號(hào)相矛盾,后者顯示整個(gè)手臂仍然存在。

塔迪的想法是引入虛擬肢體來解決這種沖突。他給病人設(shè)置了腦電圖(EEG)帽,它可以通過頭骨檢測腦電波,并以此來對他面前屏幕上顯示的一對手臂進(jìn)行粗略的控制。這些不過是人類四肢的漫畫罷了,它們的動(dòng)作和男孩的想法之間的同步足以解決他的大腦內(nèi)部沖突,從而減輕慢性疼痛。事實(shí)上,塔迪遇到了一種新的錯(cuò)覺。它不依賴于圖形的逼真度,而是更基本的、與身體聯(lián)系更密切的東西,即被稱為“具體化錯(cuò)覺”的神經(jīng)科學(xué)技巧,它不僅改變了一個(gè)人看待周圍世界的方式,還改變了他們在其中感受自己身體的方式。

 

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圖4:2017年4月,安迪·艾博特參加“撒哈拉沙漠馬拉松”

2012年,塔迪開始在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EFPL)神經(jīng)科學(xué)家奧拉夫·布蘭科(Olaf Blanke)的實(shí)驗(yàn)室攻讀博士學(xué)位,研究這些錯(cuò)覺背后的機(jī)制,以及如何利用它們來幫助患者康復(fù)。布蘭科的實(shí)驗(yàn)室專門研究多感官整合機(jī)制,研究某個(gè)人的神經(jīng)系統(tǒng)是如何將他從身體觸覺、聽覺、視覺、嗅覺和其他感官接收到的所有輸入信息結(jié)合起來,并形成統(tǒng)一體驗(yàn)的。例如,我們的大腦是如何利用喵喵的聲音、皮毛的觸覺感覺和貓形的視覺,并將所有這些感官輸入結(jié)合在一起,讓它們意識(shí)到一只活的、有呼吸的貓。

當(dāng)時(shí),布蘭科剛剛開始調(diào)查鬼魂,這是一系列精神疾病的癥狀,比如精神分裂癥,它讓病人感到房間里還有其他看不見的存在。布蘭科已經(jīng)意識(shí)到,他研究的每個(gè)病人都有一個(gè)共同點(diǎn),那就是大腦中負(fù)責(zé)整合多感官信號(hào)的區(qū)域受到了損害。布蘭科表示:“想想我們的四肢在大腦中的表現(xiàn),它們不止是虛像,你會(huì)有本體感覺,你的手臂在空間的位置感覺。你可以看到它;當(dāng)它撞到什么東西時(shí),你可以聽到它的聲音;你可以移動(dòng)它,你的大腦會(huì)預(yù)測當(dāng)你這樣做時(shí),其他的輸入會(huì)發(fā)生什么變化。在僅僅涉及理解左臂時(shí),大腦就需要?jiǎng)佑盟膫€(gè)不同的部分。”

正是大腦將這些輸入成功地結(jié)合在一起,才讓你覺得手臂是自己身體的一部分。當(dāng)這種機(jī)制失敗時(shí),當(dāng)你的大腦處理手臂視覺的時(shí)機(jī)與本體感受系統(tǒng)對其位置感覺不相匹配時(shí),你就會(huì)發(fā)現(xiàn)自己患上布蘭科病人的癥狀。他們會(huì)有“身體不屬于自己而是屬于別人的”感覺。改變不同感官輸入之間的同步可以擾亂人們對自己身體的識(shí)別。塔迪和布蘭科開始想,這種機(jī)制是否也能被積極利用。

在某種意義上,這是以前就做過的。1998年,匹茲堡大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種叫做“橡膠手錯(cuò)覺”的效應(yīng)。首先,實(shí)驗(yàn)者把志愿者的手藏在桌子下面。然后,他們把橡膠手放在桌子上面,同時(shí)用畫筆在看不見的真手和看不見的假手之間劃來劃去。僅僅是這種觸覺和視覺輸入之間的同步就足以讓參與者覺得,就像可觀察到的橡膠手是他們自己的手一樣。當(dāng)實(shí)驗(yàn)者突然試圖用錘子砸橡膠手時(shí),他們驚慌失措的反應(yīng)可以戲劇性地說明這種影響。

塔迪想知道,用今天的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是否能做得更多?所以2006年,在布蘭科的指導(dǎo)下,塔迪做了個(gè)頭戴式顯示器,并試圖將橡膠手的效果延伸到整個(gè)身體。志愿者在觀看虛擬化身的視頻流時(shí)被拍了一下,這個(gè)化身似乎在他們面前幾米遠(yuǎn)的地方,但他們卻有背部同時(shí)受到碰觸的感覺。

有幾個(gè)志愿者表示有不舒服的感覺,但是對于所有的參與者來說,他們的位置感有了漂移,感覺在遠(yuǎn)離他們自己的身體,并進(jìn)入化身中。這是第一次證明同步刺激可以用來欺騙大腦,使它不僅接受一個(gè)新的身體部位,而且能接受全新的身體。塔迪想知道,這對神經(jīng)恢復(fù)和虛擬現(xiàn)實(shí)意味著什么。因此,2012年,塔迪創(chuàng)立了MindMaze公司。他希望將其了解的有關(guān)欺騙大腦對自身身體感知的知識(shí),再結(jié)合神經(jīng)可塑性原理,鼓勵(lì)受損的大腦重新連接自己,就像艾博特的大腦那樣。

MindMaze的首款產(chǎn)品MindMotion Pro于2015年推出。與艾博特使用的MindMotion Go系統(tǒng)中的Kinect攝像頭不同,MindMotion Pro的攝像頭在2017年5月獲得了美國食品和藥物管理局(FDA)的許可,可在病人躺在病床上一動(dòng)不動(dòng)時(shí)檢測到他們的手臂。然后在放在病人床邊的便攜式屏幕上呈現(xiàn)一個(gè)簡單的卡通人物。通過移動(dòng)真正的手臂,病人可以控制這些虛擬化身,以便執(zhí)行一系列的任務(wù),比如把虛擬盤子放到虛擬托盤上。隨著他們的康復(fù)取得更大進(jìn)展,還可以執(zhí)行更復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

這一原理與傳統(tǒng)的康復(fù)理療相似,即重復(fù)做些正常的動(dòng)作,比如抬起手臂,以加強(qiáng)所涉及的受損神經(jīng)連接,就像反復(fù)運(yùn)動(dòng)可以增強(qiáng)肌肉一樣。但與傳統(tǒng)的腦卒中后治療不同的是,MindMotion Pro可以調(diào)整虛擬手臂的運(yùn)動(dòng),讓患者看起來比以前取得更大成功。這意味著它可以通過利用大腦區(qū)域控制特定運(yùn)動(dòng)的方式來加速康復(fù),不僅是當(dāng)患者本人執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作的時(shí)候,在他們觀看同樣動(dòng)作的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生效果。

 

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圖5:安德里亞·塞里諾(Andrea Serino)是MindMaze神經(jīng)科學(xué)部門的負(fù)責(zé)人,也是洛桑大學(xué)醫(yī)院的SNSF教授

MindMaze神經(jīng)科學(xué)部門的負(fù)責(zé)人安德里亞·塞里諾(Andrea Serino)解釋道:“對于中風(fēng)后無法移動(dòng)手臂進(jìn)行任何訓(xùn)練的患者,我們只需要他們移動(dòng)另一只手,并向虛擬化身展示動(dòng)作,就好像是正在運(yùn)動(dòng)仿形手臂一樣。即使只是看到這個(gè)動(dòng)作,就可以激活那只手臂受損的馬達(dá)回路。”

除了欺騙無意識(shí)的大腦機(jī)制之外,適應(yīng)具有挑戰(zhàn)性任務(wù)的能力會(huì)產(chǎn)生更明顯的影響,即它使康復(fù)經(jīng)歷變得更愉快。塔迪稱:“利用神經(jīng)可塑性需要很多的重復(fù)動(dòng)作。不過隨著康復(fù)取得進(jìn)展,這使患者更有動(dòng)力去練習(xí),即使理療師不在場監(jiān)督。”塔迪的下個(gè)目標(biāo),以及開發(fā)更便宜、與Kinect兼容的MindMotion Go的動(dòng)機(jī),是支持患者長期堅(jiān)持這種療法,而不需要定期去醫(yī)院。

在中風(fēng)后的神經(jīng)可塑性階段,雖然早期的物理治療對康復(fù)的成功有著最大影響,但研究越來越多顯示,完全成熟的成人大腦畢竟不是那么僵化。除了維持功能,出院后的持續(xù)練習(xí)甚至在中風(fēng)后的幾年里都可以繼續(xù)提高病人的能力,就像艾博特所做的那樣。塔迪表示:“當(dāng)你現(xiàn)在出院的時(shí)候,問題是你接下來要做什么?隨著MindMotion Go的出現(xiàn),像艾博特這樣的病人不需要經(jīng)常去診所,他們可以在家里經(jīng)常練習(xí),且不需要專家的監(jiān)督。”

然而,塔迪已經(jīng)意識(shí)到,無論顯示器的逼真程度如何,僅僅欺騙眼睛是不夠的,這不足以讓一個(gè)人相信他們看到的是真實(shí)的。沒有任何一種被動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)電影能讓艾博特相信,他是在穿越撒哈拉沙漠而不是躺在醫(yī)院的病床上。畢竟,不只是視覺刺激可以讓他感覺到皮膚的干熱,柔軟的沙子就踩在他的腳下。

身體是我們經(jīng)歷現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵。當(dāng)你戴上VR頭盔時(shí),盡管你的眼睛在看另一個(gè)世界,但你身體其他部分仍然牢牢地停留在這個(gè)世界上。添加雙耳音頻來復(fù)制虛擬世界的空間音景,它會(huì)讓人感覺虛擬世界更加有形。但是,駕駛虛擬賽車在虛擬的彎道上行駛,引導(dǎo)前庭系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)的內(nèi)耳液體形成的微小湖泊,將會(huì)依然保持平靜。你可以轉(zhuǎn)動(dòng)頭部四處看看,但除非你使用的是高端的全房間跟蹤系統(tǒng),嘗試著蹲下,跳起來甚至走路,否則什么都不會(huì)發(fā)生。

 

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圖6:在神經(jīng)系統(tǒng)事故發(fā)生后,MindMotion Pro套裝最快4天內(nèi)就可以使用

MindMaze公司的神經(jīng)康復(fù)工作只是塔迪為該公司計(jì)劃的第一步。多年來,塔迪一直致力于讓混亂的大腦重新與身體連接,他從未失去對VR和特效的熱情,以便讓普通人的大腦脫離他們的身體現(xiàn)實(shí)。最終,MindMaze的目的是將這些關(guān)于如何欺騙大腦體感的知識(shí)與開發(fā)用于神經(jīng)康復(fù)的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來,開始解決創(chuàng)建真正交互的、多感官的、虛擬現(xiàn)實(shí)面臨的問題。他說:“這將在僅僅把電視貼到你的臉上和建立實(shí)際通往另一個(gè)世界門戶之間產(chǎn)生差別。”

2015年3月,塔迪在舊金山游戲開發(fā)者大會(huì)上展示了未來藍(lán)圖——MindLeap頭盔。其面向前方的運(yùn)動(dòng)跟蹤攝像頭監(jiān)控使用者的手部位置,而腦電圖(EEG)帽通過頭骨接收神經(jīng)活動(dòng),以評估使用者的情緒。虛擬的火焰圍繞著他們的虛擬手指,根據(jù)它們察覺到的情緒(從平靜到焦慮)改變顏色。后一項(xiàng)功能聽起來就像昂貴的情緒戒指。但它建立在研究的基礎(chǔ)上,研究表明,將生理信號(hào)(比如心跳頻率)轉(zhuǎn)換到虛擬肢體上,就會(huì)加強(qiáng)觀看者對虛擬肢體的識(shí)別能力,就像把原始的橡膠手錯(cuò)覺同步到全身那樣。

今年6月份,為了幫助更精確地跟蹤運(yùn)動(dòng)捕捉攝像頭視野之外的身體部位,MindMaze公司收購了另一家EFPL剝離的運(yùn)動(dòng)分析公司Gait Up。Gait Up是世界上最小運(yùn)動(dòng)傳感器的發(fā)明者,這種傳感器名為Droplet,只是2×3毫米的小結(jié)節(jié)。塔迪解釋稱:“Gait Up已經(jīng)在超過6000個(gè)對象上微調(diào)了它的算法,所以它們可以探測到非常具體的動(dòng)作。”

為了捕捉面部動(dòng)作,MindMaze公司開發(fā)了一種泡沫帶,它位于帶著電極的面罩外面,這個(gè)面罩被稱為Mask。它可以檢測到發(fā)送到面部8個(gè)部位(如前額和臉頰)激活肌肉的電信號(hào)到來。然后,這些信號(hào)可以被提前用來識(shí)別特定的表情,從而消除虛擬化身的反應(yīng)延遲。塔迪說:“很明顯,我們需要探索VR的社會(huì)層面。但如果沒有表情或情感,你就不能指望真正的社交,Mask能以一種非常直觀的方式讓人產(chǎn)生這種感覺。”

 

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圖7:虛擬化身與戴Mask用戶的面部表情相匹配

Mask不會(huì)直接面向消費(fèi)者發(fā)售,但MindMaze目前正在研究與主要VR頭盔生產(chǎn)商進(jìn)行合作。塔迪說,目前Mask可以識(shí)別10種表情,包括眨眼、微笑和做鬼臉,準(zhǔn)確率達(dá)96%。MindMaze公司正致力于將這個(gè)數(shù)字增加到30個(gè),添加更微妙的表達(dá)形式,比如咆哮或退縮。這是MindMaze第一個(gè)非保健產(chǎn)品,塔迪非常渴望展示它。不過該團(tuán)隊(duì)承認(rèn),它仍然有些問題,比如在某些臉型上工作得更好。

盡管如此,不管MindMaze能夠通過運(yùn)動(dòng)捕捉攝像頭、肌肉激活檢測電極和Gait Up的運(yùn)動(dòng)傳感器多么精確地跟蹤人體的位置,但塔迪在攻讀博士學(xué)位期間發(fā)現(xiàn)的虛擬化身錯(cuò)覺的關(guān)鍵并不僅僅是準(zhǔn)確性,而是更好地把握時(shí)機(jī)。具體地說,就是在這個(gè)傳感器陣列檢測到的真實(shí)身體運(yùn)動(dòng)與虛擬身體相應(yīng)動(dòng)作之間保持完美的同步。

當(dāng)大腦自身協(xié)調(diào)這些不同感覺流的信息同步能力失靈時(shí),你就會(huì)得到布蘭科病人描述的那種身體外體驗(yàn)和幽靈般的存在感。當(dāng)這種協(xié)調(diào)在虛擬世界中失敗時(shí),這個(gè)世界就讓人感到不再真實(shí)。想想看,電影的視覺和聽覺軌跡之間哪怕只有幾毫秒的不同步,也會(huì)讓演員的演講感覺異常做作。在如此廣泛的不同傳感器之間協(xié)調(diào)這種同步,對于當(dāng)前的計(jì)算技術(shù)來說是不切實(shí)際的。這是塔迪在他的博士項(xiàng)目中第一次理解VR誘導(dǎo)的全身錯(cuò)覺,這個(gè)項(xiàng)目需要20部獨(dú)立的計(jì)算機(jī)來協(xié)調(diào)所有不同的元素。

為了跟上大腦的計(jì)算速度,有幾個(gè)獨(dú)立處理核心的傳統(tǒng)芯片無法勝任這項(xiàng)工作。為此,塔迪意識(shí)到,需要像大腦一樣的硬件,一種能夠并行處理多個(gè)模擬數(shù)據(jù)流的處理架構(gòu)。有傳言稱,MindMaze將推出整合所有功能的新產(chǎn)品,并投資3000萬美元開發(fā)了一款芯片,這款芯片設(shè)計(jì)主要針對硬件層面,模仿大腦整合來自多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)流的方式。這種芯片能夠同時(shí)處理和協(xié)調(diào)所有連續(xù)數(shù)據(jù)流,包括前置攝像頭、慣性運(yùn)動(dòng)傳感器、肌肉或神經(jīng)活動(dòng)腦電圖讀數(shù),并將它們整合到統(tǒng)一的虛擬身體中。

塔迪聲稱,這款芯片名為CogniChip,它一直是MindMaze的終極目標(biāo)。但他也承認(rèn),作為一名尋求數(shù)億啟動(dòng)資金的年輕研究員,他不能只告訴人們這些。他說:“如果我直截了當(dāng)?shù)卣f,我們將用能像人一樣思考的芯片來模擬現(xiàn)實(shí),那可能讓人覺得十分荒謬。”

 

有人研發(fā)仿大腦芯片,讓你在VR里感覺身臨其境

 

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圖8:這款名為NeuroGoggles的設(shè)備于2015年推出,是一款具有生物傳感功能的、基于大腦模擬的AR和VR頭盔

多年來醉心于研究,然后開發(fā)可稱為醫(yī)療行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的新技術(shù),對于塔迪來說,最要的不僅是他學(xué)到了什么,而是給他談?wù)撨@種目標(biāo)時(shí)樹立的信心,并讓即使沒有神經(jīng)科學(xué)背景的他,也能成為快速發(fā)展的神經(jīng)領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)者。塔迪表示,他很快將發(fā)起名為Neuro Initiative的聯(lián)盟,倡導(dǎo)一種更現(xiàn)實(shí)的方法來整合神經(jīng)科學(xué)、技術(shù)和創(chuàng)業(yè)精神。他說:“這是我的一個(gè)激情項(xiàng)目,它將匯集世界上頂尖的學(xué)術(shù)、科學(xué)和技術(shù)人才,為神經(jīng)技術(shù)的未來鋪設(shè)一條雄心勃勃卻看似合理的道路。”

伊隆·馬斯克(Elon Musk)的腦機(jī)接口初創(chuàng)公司Neuralink提供的招聘清單上面,直截了當(dāng)?shù)貙懙?ldquo;不需要任何神經(jīng)科學(xué)經(jīng)驗(yàn)”。對此,塔迪表示:“現(xiàn)在是時(shí)候讓我們更清楚地了解什么是現(xiàn)實(shí)可行的,什么仍然是幻想。令我煩惱的是,這些異想天開的想法不斷被提出,污染了我們對不可思議的事情的集體理解。當(dāng)然,作為一名企業(yè)家,我不想批評夢想家。”

關(guān)鍵字:芯片大腦研發(fā)

本文摘自:網(wǎng)易科技

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有人研發(fā)仿大腦芯片,讓你在VR里感覺身臨其境

責(zé)任編輯:zsheng 作者:小小 |來源:企業(yè)網(wǎng)D1Net  2018-07-08 09:17:17 本文摘自:網(wǎng)易科技

網(wǎng)易科技訊7月7日消息,據(jù)連線雜志報(bào)道,瑞士神經(jīng)科學(xué)公司MindMaze創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官特吉·塔迪(Tej Tadi),已經(jīng)找到利用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)修復(fù)中風(fēng)患者受損大腦的方法。現(xiàn)在,他正研發(fā)一種微芯片,可以復(fù)制大腦并行處理大量數(shù)據(jù)的方式。

 

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圖1:MindMaze創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官特吉·塔迪(Tej Tadi)表示:“通過研究受傷的大腦,以及它是如何運(yùn)作的,這真的有助于我們更好地了解健康大腦。”

2011年3月的一個(gè)寒冷的早晨。通常情況下,在每年的這個(gè)時(shí)候,美國加州超級(jí)摩托車學(xué)校(California Superbike School)英國分部的46歲主任安迪·艾博特(Andy Ibbot)會(huì)出現(xiàn)在停機(jī)坪上,駕駛著學(xué)校的亮藍(lán)色雅馬哈R6s在銀石賽道上迂回前進(jìn)。不過那天,他躺在北安普頓總醫(yī)院超急性中風(fēng)病房的病床上。

艾博特的臉本來被曬成棕色,現(xiàn)在卻和周圍的墻壁一樣呈現(xiàn)灰白色。自從接受常規(guī)頸部手術(shù)引發(fā)嚴(yán)重的中風(fēng)以來,已經(jīng)過去72小時(shí)了,這使得艾博特的左側(cè)頸動(dòng)脈向大腦供血不足。醫(yī)生預(yù)測,艾博特可能活不過三天。由于細(xì)胞缺氧,中風(fēng)對他大腦左半球的神經(jīng)元造成了廣泛的損害,導(dǎo)致他身體右側(cè)的神經(jīng)癱瘓。

大腦的連接方式并不是與生俱來的。當(dāng)神經(jīng)元經(jīng)常聚集在一起時(shí),它們之間的聯(lián)系就會(huì)增強(qiáng)。這種機(jī)制被稱為神經(jīng)可塑性,激活一個(gè)神經(jīng)元更有可能觸發(fā)另一個(gè)神經(jīng)元被激活,從而促進(jìn)了相關(guān)想法的快速回憶,或者是在共同運(yùn)動(dòng)中平穩(wěn)執(zhí)行肌肉的收縮模式。簡而言之,神經(jīng)可塑性是我們學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)機(jī)制。當(dāng)我們年輕的時(shí)候,這些聯(lián)系是非常靈活的,但隨著年齡的增長,它們會(huì)變得更加牢固。20歲以后,學(xué)習(xí)新的語言或新的身體技能就變得困難得多。

中風(fēng)已經(jīng)撕裂了艾博特的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),使他失去了說話和走路的能力。然而,中風(fēng)也會(huì)帶來一種常見的、但尚未完全被理解的現(xiàn)象,它使這些神經(jīng)元變得更加靈活,使艾博特有短暫的機(jī)會(huì)修復(fù)部分損傷。在他受損的大腦再次恢復(fù)到完全成熟狀態(tài)之前,他有六個(gè)星期的青春柔韌性周期來嘗試和改造這些神經(jīng)連接,重新學(xué)習(xí)如何移動(dòng)身體。

通過物理治療,鼓勵(lì)中風(fēng)患者嘗試使用受損的大腦區(qū)域來控制相應(yīng)的肌肉群,這有助于觸發(fā)這些神經(jīng)元,從而為受損的神經(jīng)重新建立連接。換句話說,利用神經(jīng)可塑性可以教會(huì)大腦如何讓身體運(yùn)動(dòng)。為了使腦卒中后可塑性的短暫窗口發(fā)揮最大潛力,英國皇家醫(yī)學(xué)院建議患者每天至少進(jìn)行45分鐘的物理治療。在英國,剛剛有半數(shù)醫(yī)院達(dá)到了這個(gè)目標(biāo)。

 

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圖2:MindMotion Go是一款供患者玩的游戲,可以在非臨床環(huán)境下繼續(xù)進(jìn)行身體和精神方面的康復(fù)

2011年9月,當(dāng)艾博特出院時(shí),一切看起來已經(jīng)太遲了。六個(gè)月過去了,他的可塑性增強(qiáng)窗口早已消失,他的大腦也進(jìn)入了中風(fēng)后狀態(tài)。醫(yī)生建議艾博特適應(yīng)新的生活,他的說話或吞咽能力有限,右側(cè)身體幾乎無法移動(dòng),需要拐杖支撐才能移動(dòng)。不過,艾博特有其他想法。就在中風(fēng)前兩個(gè)月,他開始參加撒哈拉沙漠馬拉松 (Marathon des Sables) 訓(xùn)練,即穿越撒哈拉沙漠的6天超級(jí)馬拉松比賽。

艾博特知道,中風(fēng)后參加馬拉松跑賽的想法是個(gè)不切實(shí)際的目標(biāo)。不過,他想,為什么不能步行完成呢?艾博特的家在安普頓郡的Long Buckby,那里距離名為Physiofunction的神經(jīng)物理治療公司只有十分鐘的路程。而Physiofunction碰巧是歐洲最早試驗(yàn)名為MindMotion Go的新技術(shù)的公司之一。

由瑞士神經(jīng)科技初創(chuàng)公司MindMaze開發(fā)的MindMotion Go,采用微軟(Microsoft)的Kinect動(dòng)作捕捉攝像頭,為用戶提供了全套專為鼓勵(lì)正確身體動(dòng)作而定制的游戲。有些游戲需要你移動(dòng)手臂去賽車,傾斜身體去駕駛飛機(jī),或者握緊拳頭去操作起重機(jī)。這吸引了艾博特的競爭天性。6年后,艾博特的手臂恢復(fù)了運(yùn)動(dòng)能力,隨后語言能力也大大增強(qiáng)。

隨著練習(xí)的持續(xù),他先是可以在拐杖支撐下走路,最后甚至拋掉了拐杖。2017年4月7日,艾博特發(fā)現(xiàn)自己站在了他最初計(jì)劃于2012年回歸的地方:摩洛哥沙丘中,即撒哈拉沙漠馬拉松賽的起點(diǎn)。艾博特說:“我的目標(biāo)只是為了到達(dá)起跑線,在那之后的任何事情都是額外的獎(jiǎng)勵(lì)。”

9小時(shí)11分鐘后,艾博特跑過了前30.3公里階段的終點(diǎn)線,在10小時(shí)有效截止時(shí)間之內(nèi)。接下來的39公里需要在11個(gè)半小時(shí)以內(nèi)完成。第二天上午9點(diǎn)30分,伴隨著《Highway to Hell》的曲調(diào),艾博特和其他參賽者一起從營地大步走出來。

 

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圖3:生物醫(yī)學(xué)工程師索朗奇·塞皮(Solange Seppy)正在測試運(yùn)動(dòng)捕捉傳感器

2017年8月,MindMaze創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官特吉·塔迪(Tej Tadi)在公司的瑞士洛桑總部接受記者采訪。該公司總部占據(jù)了一棟辦公樓的七、八層。從他辦公桌后的窗戶,可以看到令人震撼的景觀——瑞士阿爾卑斯山的白色冰川,它與洛桑本身的炎熱和潮濕形成了鮮明的對比。36歲的塔迪是瑞士最成功的企業(yè)家之一。2016年,他的神經(jīng)科學(xué)公司MindMaze成為該國第一家達(dá)到10億美元估值的初創(chuàng)公司,這要?dú)w功于印度企業(yè)Hinduja Group的1億美元投資。

這筆投資被用于開發(fā)MindMotion Pro,也就是艾博特使用的最初醫(yī)學(xué)級(jí)系統(tǒng)。它使用專有的動(dòng)作捕捉攝像頭和虛擬化身,自動(dòng)完成那種通常需要訓(xùn)練有素的理療師持續(xù)指導(dǎo)的物理治療。塔迪在印度海得拉巴長大,對在醫(yī)療保健領(lǐng)域工作從來不感興趣,即使他的父母都是醫(yī)生。在取得電氣工程本科學(xué)位后,塔迪決定學(xué)習(xí)特效技能。他說:“這是一種創(chuàng)造性的沖動(dòng),我想找到讓模擬爆炸或火焰爆發(fā)在屏幕上看起來更真實(shí)的方法。”

2004年,塔迪加入瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EFPL),開始攻讀VR計(jì)算機(jī)圖形學(xué)碩士學(xué)位。他的第一個(gè)項(xiàng)目是在虛擬化身中開發(fā)更真實(shí)的行走動(dòng)作。該項(xiàng)目需要了解人腦是如何控制運(yùn)動(dòng)的,因此他經(jīng)常到附近的醫(yī)院去研究患有運(yùn)動(dòng)障礙的人,比如帕金森癥患者。塔迪解釋說:“通過研究受傷的大腦,以及它是如何運(yùn)作的,這真的有助于你更好地了解健康大腦。”

塔迪記得一個(gè)19歲的男孩,他在一次事故中失去了雙臂。和80%以上的截肢者一樣,這名男孩也患有幻肢疼痛,即截肢者手臂所在部位疼痛難忍。雖然人們對幻肢疼痛背后的機(jī)制知之甚少,但有一種理論認(rèn)為,這是大腦在看到失去手臂時(shí)做出的反應(yīng)。它與從肢體的其余部分發(fā)出的持續(xù)信號(hào)相矛盾,后者顯示整個(gè)手臂仍然存在。

塔迪的想法是引入虛擬肢體來解決這種沖突。他給病人設(shè)置了腦電圖(EEG)帽,它可以通過頭骨檢測腦電波,并以此來對他面前屏幕上顯示的一對手臂進(jìn)行粗略的控制。這些不過是人類四肢的漫畫罷了,它們的動(dòng)作和男孩的想法之間的同步足以解決他的大腦內(nèi)部沖突,從而減輕慢性疼痛。事實(shí)上,塔迪遇到了一種新的錯(cuò)覺。它不依賴于圖形的逼真度,而是更基本的、與身體聯(lián)系更密切的東西,即被稱為“具體化錯(cuò)覺”的神經(jīng)科學(xué)技巧,它不僅改變了一個(gè)人看待周圍世界的方式,還改變了他們在其中感受自己身體的方式。

 

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圖4:2017年4月,安迪·艾博特參加“撒哈拉沙漠馬拉松”

2012年,塔迪開始在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EFPL)神經(jīng)科學(xué)家奧拉夫·布蘭科(Olaf Blanke)的實(shí)驗(yàn)室攻讀博士學(xué)位,研究這些錯(cuò)覺背后的機(jī)制,以及如何利用它們來幫助患者康復(fù)。布蘭科的實(shí)驗(yàn)室專門研究多感官整合機(jī)制,研究某個(gè)人的神經(jīng)系統(tǒng)是如何將他從身體觸覺、聽覺、視覺、嗅覺和其他感官接收到的所有輸入信息結(jié)合起來,并形成統(tǒng)一體驗(yàn)的。例如,我們的大腦是如何利用喵喵的聲音、皮毛的觸覺感覺和貓形的視覺,并將所有這些感官輸入結(jié)合在一起,讓它們意識(shí)到一只活的、有呼吸的貓。

當(dāng)時(shí),布蘭科剛剛開始調(diào)查鬼魂,這是一系列精神疾病的癥狀,比如精神分裂癥,它讓病人感到房間里還有其他看不見的存在。布蘭科已經(jīng)意識(shí)到,他研究的每個(gè)病人都有一個(gè)共同點(diǎn),那就是大腦中負(fù)責(zé)整合多感官信號(hào)的區(qū)域受到了損害。布蘭科表示:“想想我們的四肢在大腦中的表現(xiàn),它們不止是虛像,你會(huì)有本體感覺,你的手臂在空間的位置感覺。你可以看到它;當(dāng)它撞到什么東西時(shí),你可以聽到它的聲音;你可以移動(dòng)它,你的大腦會(huì)預(yù)測當(dāng)你這樣做時(shí),其他的輸入會(huì)發(fā)生什么變化。在僅僅涉及理解左臂時(shí),大腦就需要?jiǎng)佑盟膫€(gè)不同的部分。”

正是大腦將這些輸入成功地結(jié)合在一起,才讓你覺得手臂是自己身體的一部分。當(dāng)這種機(jī)制失敗時(shí),當(dāng)你的大腦處理手臂視覺的時(shí)機(jī)與本體感受系統(tǒng)對其位置感覺不相匹配時(shí),你就會(huì)發(fā)現(xiàn)自己患上布蘭科病人的癥狀。他們會(huì)有“身體不屬于自己而是屬于別人的”感覺。改變不同感官輸入之間的同步可以擾亂人們對自己身體的識(shí)別。塔迪和布蘭科開始想,這種機(jī)制是否也能被積極利用。

在某種意義上,這是以前就做過的。1998年,匹茲堡大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種叫做“橡膠手錯(cuò)覺”的效應(yīng)。首先,實(shí)驗(yàn)者把志愿者的手藏在桌子下面。然后,他們把橡膠手放在桌子上面,同時(shí)用畫筆在看不見的真手和看不見的假手之間劃來劃去。僅僅是這種觸覺和視覺輸入之間的同步就足以讓參與者覺得,就像可觀察到的橡膠手是他們自己的手一樣。當(dāng)實(shí)驗(yàn)者突然試圖用錘子砸橡膠手時(shí),他們驚慌失措的反應(yīng)可以戲劇性地說明這種影響。

塔迪想知道,用今天的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是否能做得更多?所以2006年,在布蘭科的指導(dǎo)下,塔迪做了個(gè)頭戴式顯示器,并試圖將橡膠手的效果延伸到整個(gè)身體。志愿者在觀看虛擬化身的視頻流時(shí)被拍了一下,這個(gè)化身似乎在他們面前幾米遠(yuǎn)的地方,但他們卻有背部同時(shí)受到碰觸的感覺。

有幾個(gè)志愿者表示有不舒服的感覺,但是對于所有的參與者來說,他們的位置感有了漂移,感覺在遠(yuǎn)離他們自己的身體,并進(jìn)入化身中。這是第一次證明同步刺激可以用來欺騙大腦,使它不僅接受一個(gè)新的身體部位,而且能接受全新的身體。塔迪想知道,這對神經(jīng)恢復(fù)和虛擬現(xiàn)實(shí)意味著什么。因此,2012年,塔迪創(chuàng)立了MindMaze公司。他希望將其了解的有關(guān)欺騙大腦對自身身體感知的知識(shí),再結(jié)合神經(jīng)可塑性原理,鼓勵(lì)受損的大腦重新連接自己,就像艾博特的大腦那樣。

MindMaze的首款產(chǎn)品MindMotion Pro于2015年推出。與艾博特使用的MindMotion Go系統(tǒng)中的Kinect攝像頭不同,MindMotion Pro的攝像頭在2017年5月獲得了美國食品和藥物管理局(FDA)的許可,可在病人躺在病床上一動(dòng)不動(dòng)時(shí)檢測到他們的手臂。然后在放在病人床邊的便攜式屏幕上呈現(xiàn)一個(gè)簡單的卡通人物。通過移動(dòng)真正的手臂,病人可以控制這些虛擬化身,以便執(zhí)行一系列的任務(wù),比如把虛擬盤子放到虛擬托盤上。隨著他們的康復(fù)取得更大進(jìn)展,還可以執(zhí)行更復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

這一原理與傳統(tǒng)的康復(fù)理療相似,即重復(fù)做些正常的動(dòng)作,比如抬起手臂,以加強(qiáng)所涉及的受損神經(jīng)連接,就像反復(fù)運(yùn)動(dòng)可以增強(qiáng)肌肉一樣。但與傳統(tǒng)的腦卒中后治療不同的是,MindMotion Pro可以調(diào)整虛擬手臂的運(yùn)動(dòng),讓患者看起來比以前取得更大成功。這意味著它可以通過利用大腦區(qū)域控制特定運(yùn)動(dòng)的方式來加速康復(fù),不僅是當(dāng)患者本人執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作的時(shí)候,在他們觀看同樣動(dòng)作的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生效果。

 

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圖5:安德里亞·塞里諾(Andrea Serino)是MindMaze神經(jīng)科學(xué)部門的負(fù)責(zé)人,也是洛桑大學(xué)醫(yī)院的SNSF教授

MindMaze神經(jīng)科學(xué)部門的負(fù)責(zé)人安德里亞·塞里諾(Andrea Serino)解釋道:“對于中風(fēng)后無法移動(dòng)手臂進(jìn)行任何訓(xùn)練的患者,我們只需要他們移動(dòng)另一只手,并向虛擬化身展示動(dòng)作,就好像是正在運(yùn)動(dòng)仿形手臂一樣。即使只是看到這個(gè)動(dòng)作,就可以激活那只手臂受損的馬達(dá)回路。”

除了欺騙無意識(shí)的大腦機(jī)制之外,適應(yīng)具有挑戰(zhàn)性任務(wù)的能力會(huì)產(chǎn)生更明顯的影響,即它使康復(fù)經(jīng)歷變得更愉快。塔迪稱:“利用神經(jīng)可塑性需要很多的重復(fù)動(dòng)作。不過隨著康復(fù)取得進(jìn)展,這使患者更有動(dòng)力去練習(xí),即使理療師不在場監(jiān)督。”塔迪的下個(gè)目標(biāo),以及開發(fā)更便宜、與Kinect兼容的MindMotion Go的動(dòng)機(jī),是支持患者長期堅(jiān)持這種療法,而不需要定期去醫(yī)院。

在中風(fēng)后的神經(jīng)可塑性階段,雖然早期的物理治療對康復(fù)的成功有著最大影響,但研究越來越多顯示,完全成熟的成人大腦畢竟不是那么僵化。除了維持功能,出院后的持續(xù)練習(xí)甚至在中風(fēng)后的幾年里都可以繼續(xù)提高病人的能力,就像艾博特所做的那樣。塔迪表示:“當(dāng)你現(xiàn)在出院的時(shí)候,問題是你接下來要做什么?隨著MindMotion Go的出現(xiàn),像艾博特這樣的病人不需要經(jīng)常去診所,他們可以在家里經(jīng)常練習(xí),且不需要專家的監(jiān)督。”

然而,塔迪已經(jīng)意識(shí)到,無論顯示器的逼真程度如何,僅僅欺騙眼睛是不夠的,這不足以讓一個(gè)人相信他們看到的是真實(shí)的。沒有任何一種被動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)電影能讓艾博特相信,他是在穿越撒哈拉沙漠而不是躺在醫(yī)院的病床上。畢竟,不只是視覺刺激可以讓他感覺到皮膚的干熱,柔軟的沙子就踩在他的腳下。

身體是我們經(jīng)歷現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵。當(dāng)你戴上VR頭盔時(shí),盡管你的眼睛在看另一個(gè)世界,但你身體其他部分仍然牢牢地停留在這個(gè)世界上。添加雙耳音頻來復(fù)制虛擬世界的空間音景,它會(huì)讓人感覺虛擬世界更加有形。但是,駕駛虛擬賽車在虛擬的彎道上行駛,引導(dǎo)前庭系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)的內(nèi)耳液體形成的微小湖泊,將會(huì)依然保持平靜。你可以轉(zhuǎn)動(dòng)頭部四處看看,但除非你使用的是高端的全房間跟蹤系統(tǒng),嘗試著蹲下,跳起來甚至走路,否則什么都不會(huì)發(fā)生。

 

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圖6:在神經(jīng)系統(tǒng)事故發(fā)生后,MindMotion Pro套裝最快4天內(nèi)就可以使用

MindMaze公司的神經(jīng)康復(fù)工作只是塔迪為該公司計(jì)劃的第一步。多年來,塔迪一直致力于讓混亂的大腦重新與身體連接,他從未失去對VR和特效的熱情,以便讓普通人的大腦脫離他們的身體現(xiàn)實(shí)。最終,MindMaze的目的是將這些關(guān)于如何欺騙大腦體感的知識(shí)與開發(fā)用于神經(jīng)康復(fù)的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來,開始解決創(chuàng)建真正交互的、多感官的、虛擬現(xiàn)實(shí)面臨的問題。他說:“這將在僅僅把電視貼到你的臉上和建立實(shí)際通往另一個(gè)世界門戶之間產(chǎn)生差別。”

2015年3月,塔迪在舊金山游戲開發(fā)者大會(huì)上展示了未來藍(lán)圖——MindLeap頭盔。其面向前方的運(yùn)動(dòng)跟蹤攝像頭監(jiān)控使用者的手部位置,而腦電圖(EEG)帽通過頭骨接收神經(jīng)活動(dòng),以評估使用者的情緒。虛擬的火焰圍繞著他們的虛擬手指,根據(jù)它們察覺到的情緒(從平靜到焦慮)改變顏色。后一項(xiàng)功能聽起來就像昂貴的情緒戒指。但它建立在研究的基礎(chǔ)上,研究表明,將生理信號(hào)(比如心跳頻率)轉(zhuǎn)換到虛擬肢體上,就會(huì)加強(qiáng)觀看者對虛擬肢體的識(shí)別能力,就像把原始的橡膠手錯(cuò)覺同步到全身那樣。

今年6月份,為了幫助更精確地跟蹤運(yùn)動(dòng)捕捉攝像頭視野之外的身體部位,MindMaze公司收購了另一家EFPL剝離的運(yùn)動(dòng)分析公司Gait Up。Gait Up是世界上最小運(yùn)動(dòng)傳感器的發(fā)明者,這種傳感器名為Droplet,只是2×3毫米的小結(jié)節(jié)。塔迪解釋稱:“Gait Up已經(jīng)在超過6000個(gè)對象上微調(diào)了它的算法,所以它們可以探測到非常具體的動(dòng)作。”

為了捕捉面部動(dòng)作,MindMaze公司開發(fā)了一種泡沫帶,它位于帶著電極的面罩外面,這個(gè)面罩被稱為Mask。它可以檢測到發(fā)送到面部8個(gè)部位(如前額和臉頰)激活肌肉的電信號(hào)到來。然后,這些信號(hào)可以被提前用來識(shí)別特定的表情,從而消除虛擬化身的反應(yīng)延遲。塔迪說:“很明顯,我們需要探索VR的社會(huì)層面。但如果沒有表情或情感,你就不能指望真正的社交,Mask能以一種非常直觀的方式讓人產(chǎn)生這種感覺。”

 

有人研發(fā)仿大腦芯片,讓你在VR里感覺身臨其境

 

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圖7:虛擬化身與戴Mask用戶的面部表情相匹配

Mask不會(huì)直接面向消費(fèi)者發(fā)售,但MindMaze目前正在研究與主要VR頭盔生產(chǎn)商進(jìn)行合作。塔迪說,目前Mask可以識(shí)別10種表情,包括眨眼、微笑和做鬼臉,準(zhǔn)確率達(dá)96%。MindMaze公司正致力于將這個(gè)數(shù)字增加到30個(gè),添加更微妙的表達(dá)形式,比如咆哮或退縮。這是MindMaze第一個(gè)非保健產(chǎn)品,塔迪非常渴望展示它。不過該團(tuán)隊(duì)承認(rèn),它仍然有些問題,比如在某些臉型上工作得更好。

盡管如此,不管MindMaze能夠通過運(yùn)動(dòng)捕捉攝像頭、肌肉激活檢測電極和Gait Up的運(yùn)動(dòng)傳感器多么精確地跟蹤人體的位置,但塔迪在攻讀博士學(xué)位期間發(fā)現(xiàn)的虛擬化身錯(cuò)覺的關(guān)鍵并不僅僅是準(zhǔn)確性,而是更好地把握時(shí)機(jī)。具體地說,就是在這個(gè)傳感器陣列檢測到的真實(shí)身體運(yùn)動(dòng)與虛擬身體相應(yīng)動(dòng)作之間保持完美的同步。

當(dāng)大腦自身協(xié)調(diào)這些不同感覺流的信息同步能力失靈時(shí),你就會(huì)得到布蘭科病人描述的那種身體外體驗(yàn)和幽靈般的存在感。當(dāng)這種協(xié)調(diào)在虛擬世界中失敗時(shí),這個(gè)世界就讓人感到不再真實(shí)。想想看,電影的視覺和聽覺軌跡之間哪怕只有幾毫秒的不同步,也會(huì)讓演員的演講感覺異常做作。在如此廣泛的不同傳感器之間協(xié)調(diào)這種同步,對于當(dāng)前的計(jì)算技術(shù)來說是不切實(shí)際的。這是塔迪在他的博士項(xiàng)目中第一次理解VR誘導(dǎo)的全身錯(cuò)覺,這個(gè)項(xiàng)目需要20部獨(dú)立的計(jì)算機(jī)來協(xié)調(diào)所有不同的元素。

為了跟上大腦的計(jì)算速度,有幾個(gè)獨(dú)立處理核心的傳統(tǒng)芯片無法勝任這項(xiàng)工作。為此,塔迪意識(shí)到,需要像大腦一樣的硬件,一種能夠并行處理多個(gè)模擬數(shù)據(jù)流的處理架構(gòu)。有傳言稱,MindMaze將推出整合所有功能的新產(chǎn)品,并投資3000萬美元開發(fā)了一款芯片,這款芯片設(shè)計(jì)主要針對硬件層面,模仿大腦整合來自多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)流的方式。這種芯片能夠同時(shí)處理和協(xié)調(diào)所有連續(xù)數(shù)據(jù)流,包括前置攝像頭、慣性運(yùn)動(dòng)傳感器、肌肉或神經(jīng)活動(dòng)腦電圖讀數(shù),并將它們整合到統(tǒng)一的虛擬身體中。

塔迪聲稱,這款芯片名為CogniChip,它一直是MindMaze的終極目標(biāo)。但他也承認(rèn),作為一名尋求數(shù)億啟動(dòng)資金的年輕研究員,他不能只告訴人們這些。他說:“如果我直截了當(dāng)?shù)卣f,我們將用能像人一樣思考的芯片來模擬現(xiàn)實(shí),那可能讓人覺得十分荒謬。”

 

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圖8:這款名為NeuroGoggles的設(shè)備于2015年推出,是一款具有生物傳感功能的、基于大腦模擬的AR和VR頭盔

多年來醉心于研究,然后開發(fā)可稱為醫(yī)療行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的新技術(shù),對于塔迪來說,最要的不僅是他學(xué)到了什么,而是給他談?wù)撨@種目標(biāo)時(shí)樹立的信心,并讓即使沒有神經(jīng)科學(xué)背景的他,也能成為快速發(fā)展的神經(jīng)領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)者。塔迪表示,他很快將發(fā)起名為Neuro Initiative的聯(lián)盟,倡導(dǎo)一種更現(xiàn)實(shí)的方法來整合神經(jīng)科學(xué)、技術(shù)和創(chuàng)業(yè)精神。他說:“這是我的一個(gè)激情項(xiàng)目,它將匯集世界上頂尖的學(xué)術(shù)、科學(xué)和技術(shù)人才,為神經(jīng)技術(shù)的未來鋪設(shè)一條雄心勃勃卻看似合理的道路。”

伊隆·馬斯克(Elon Musk)的腦機(jī)接口初創(chuàng)公司Neuralink提供的招聘清單上面,直截了當(dāng)?shù)貙懙?ldquo;不需要任何神經(jīng)科學(xué)經(jīng)驗(yàn)”。對此,塔迪表示:“現(xiàn)在是時(shí)候讓我們更清楚地了解什么是現(xiàn)實(shí)可行的,什么仍然是幻想。令我煩惱的是,這些異想天開的想法不斷被提出,污染了我們對不可思議的事情的集體理解。當(dāng)然,作為一名企業(yè)家,我不想批評夢想家。”

關(guān)鍵字:芯片大腦研發(fā)

本文摘自:網(wǎng)易科技

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