经验案例

物联网传感器的新领域，大脑传感技术如何运作？

想象一下。你回到学校，这是考试周，你有多次考试，你绝对需要做好，但最近你已经变得如此慌乱，你需要完成的任务，你无意中失去了焦点。听起来像一个熟悉的场景？你有可能在生活的某个阶段经历过这种紧张的思维过程，但如果你被告知你可以通过每天戴上头带三分钟来轻松防止这种情况再次发生怎么办？凭借七个传感器，五小时的电池续航时间以及跟踪用户进度的应用程序，头带设备可让用户通过冥想变得更加专注。您所要做的就是打开头带，将其与应用程序配对，打开应用程序，戴上耳机，然后听指南。

让你在一天不到三分钟内成为最好的自我的头带听起来像是一个甜蜜的交易，但它是如何工作的？当我正在研究物联网传感器这个主题时，我注意到没有多少文章对大脑如何接收信号进行深入分析，我认为这对真正理解大脑传感技术起着至关重要的作用。这就是为什么我决定这样做的原因。
在本文中，当我讨论神经传递的细节时，我将首先回顾大脑的生理学。我将简要讨论受这种生理学启发的技术。最后，我将讨论未来几年大脑计算（或大脑感知/分析）将如何发展。
让我们来谈谈脑科学：神经传递
我们首先讨论信号转导如何在身体细胞中起作用。当配体（一种充当信号的小分子）与受体结合时，细胞内会发生一系列有助于激活靶蛋白或分子的途径。换句话说，信号分子锁定在特定的结合位点上，打开受体下游的另一个靶分子，并继续打开其他靶分子和蛋白质，直到产生指定的信号。然后产生的这个信号向上移动到脊柱并进入神经元所在的大脑。你的大脑是大约1000亿个神经元的家园，神经细胞允许你对信号作出反应。这些微小的单元以非常同步的方式工作。神经元由细胞核，轴突，树突，髓鞘和轴突末端组成。信号以电脉冲的形式传递给神经元，称为“动作电位”，然后从神经元的树突移动到轴突终端。动作电位导致神经细胞释放神经递质（信号分子），然后神经递质与下一神经元上的受体结合。所有这一切发生的两个神经元之间的区域称为突触。如果释放到突触中的这些神经递质的电荷高于阈值，那么将触发动作电位，但如果不是，则不会发生任何事情，这将是信号转导的结束。这两种状态分别称为兴奋状态和抑制状态。当一组神经元经历电脉冲的这种变化时，它们产生类似于小振动的电场，然后可以通过EEG传感器在头皮上检测到。简而言之：大脑接收电信号，这会在神经元内产生动作电位。动作电位通过突触移动穿过神经元，突触产生可由头皮上的传感器检测到的电场。

脑电传感器
1924年由德国精神病学家Hans Berger，脑电图技术或EEG发现，通过测量神经传递实时产生的电场差异来工作。在传统的EEG测试中，一排电极被放置在人的头皮上，其中一根电线将它们连接到一个放大器上，该放大器可以加强拾取的波，以及一台记录所有数据的计算机。当电极正在拾取头皮上的电场时，数据实时呈现在图表上。科学家通过分析所呈现的波的类型来解码这些数据。总共有五种不同的波长模式：Delta，Theta，Alpha，Beta和Gamma（波长频率中最小到最大）。然后，研究人员使用由电极拾取的这些神经模式来分析认知行为。例如，在睡眠研究中，研究人员将寻找δ波来观察患者能够入睡的深度。同样，他们会寻找更高频率的波，如伽马或β波，以检查患者是否仍处于REM睡眠状态。凭借其无创的使用方法，该技术使科学家和医生能够记录特定活动在受试者大脑中发生的时间和地点。从这些发现中，他们能够解释在特定对话期间受试者的感受 - 他们是否感到厌倦和反应迟钝？批判性地参与和思考？他们是否专注于谈话或任务而没有任何中断？从睡眠行为到消费者行为，EEG技术使我们能够在更加实际的基础上深入研究人类大脑。

脑感应的物联网方法
2014年，Joel Murphy和Conor Russomanno拥有近170,000美元和644名支持者，成功发布了OpenBCI（BCI代表Brain Computing Interface），这是一个开源生物传感平台，允许消费者跟踪大脑，心脏和肌肉产生的电活动。这项技术有史以来第一次为公众所用，为世界变化的发明铺平了道路。快进到2017年，您可以在网络上找到大脑感知产品。从允许用户冥想的头带到帮助运动员保持时尚的同时也提高他们的注意力的时尚眼镜，这些设备在日常生活中变得越来越普遍。但是，这些公司如何将EEG技术融入这些产品中呢？就像传统的脑电图帽将电极放在整个头骨上一样，InteraXon的Muse Brain Sensing头带这样的头带可以通过在前额和耳后放置传感器来工作。一旦耳机与其应用程序配对，传感器读取的电脉冲立即在应用程序中可视化。根据拾取的脑波类型，应用程序确定用户是否需要变得更加专注。如果波频率增加，这向软件指示用户分心于给定任务，并且作为对这些波的反馈响应，应用增加用户听到的声音的音量以试图获得用户重新聚焦。虽然非常简单，但为了获得最准确的读数，人们需要将电极放在头皮周围，以及眼睛周围，因为脉冲像微小的振动一样遍布头骨。由于额叶皮层是解决问题，判断和冲动控制的主要场所，因此Muse Brain Sensing Headband具有沿前额放置的传感器是有道理的。虽然它可能无法在整个大脑上获得准确的读数，但它能够跟踪额叶的活动，我们控制焦点的能力位于其中。因此，这个头带可以有力地帮助训练额叶皮层更平静地反应冲动，并通过合理的行动思考更集中的心态。

脑切片：脑计算技术的未来
脑感应技术被突出用于其许多医学益处，包括帮助癌症患者缓解压力以提高恢复速度。但是，如果这些努力可以用于使日常生活变得简单和无缝呢？到目前为止，我们都听说过这种被称为“ 切削 ” 的新趋势，如果我们使用同样的方法来控制日常任务，例如打开/关闭灯光，将门锁到房子里，关掉你的闹钟，那该怎么办？早上等？按照SpaceX等主要技术公司在未来几十年（可能更早的时候）利用这项技术的速度，我们将看到人们将传感器植入其头骨并与不同的软件集成，以便人类可以完全控制他们的生活。看起来电影毕竟不是谎言。这部真人秀中唯一的情节就是我们正在成为自己的机器人。然而，在此之前，为了确保清晰，准确的数据，我们需要做很多工作才能开始将人脑与人工智能合并。

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