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世界今热点:连接人脑和计算机的计算鬼成像架构

时间:2023-06-12 11:04:36       来源:根新未来

文/陈根


(相关资料图)

日前,英国格拉斯哥大学物理学博士生王高,提出了一种连接人脑和计算机实现简单计算鬼成像(Computational Ghost Imaging, CGI)的架构。其相关论文《用人脑进行计算鬼成像》(Computational Ghost Imaging with the Human Brain)已经发表在Intelligent Computing上。

所谓计算鬼成像(computational ghost imaging, CGI),是指使用关联计算获得物体信息。该研究成果可以对人眼的视线之外的物体进行成像,从而实现对人体视觉感知的增强,为增强现实、人机交互等领域的发展提供了新思路。

脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI),则是一种将人类大脑与外部计算机或机器连接起来的技术,通过识别和解析大脑发出的电信号,来控制计算机或机器的行为,以及读取或监测大脑的活动状态。其研究成果提供了一种探索大脑神经学的技术路线,为理解人类视觉系统的神经物理学机制提供了新线索,可被用于研究有意识和非意识下的脑电状态差异。

在计算鬼成像架构研发的过程中,王高把人类视觉系统当成探测器;调研了脑机接口中常用的视觉诱发信号,选取了稳态视觉诱发电位(SSVEP,steady-state visual evoked potential)作为成像探测的一部分。在此基础上,他通过大量实验,研究了光学刺激输入和 SSVEP 输出之间的强度关系,绘制了相应的热力图,为后续的成功成像提供了基础。同时,王高提出的自适应计算循环,将 SSVEP 信号对光学散斑进行实时反馈调控,借此加快成像速度、减少探测次数、以及缩短成像所需的时间。由此,他构建了计算鬼成像的深度神经网络,针对 SSVEP 实现了从强度探测序列到物体图像的成像映射,也降低了噪声的影响、提高了成像的质量。

王高计算鬼成像架构的研究成果在具体应用中有着巨大的潜力:

其一,在人体增强方面,使用脑机接口实现计算成像可以扩展人类的感知能力,例如实现对人的视线之外的场景进行成像。

其二,在人机交互方面,通过人眼实现对所注视区域的成像,有望增强残疾人与外界的交互能力。

其三,在神经物理学方面,本次成果提供了一种探索大脑神经学的技术路线,例如在有意识和非意识状态下脑电差异的表征。

其四,在医学方面,该技术可以为检查人脑的视觉通路的功能,提供一个潜在的框架和方法。

其五,在脑机结合方面,该技术可潜在地使用人类大脑强大的数据处理能力,来处理外部环境中的视觉刺激,并通过读取 BCI 所记录的脑电信号来完成复杂任务。例如,使用人类大脑识别或分类图像。

原文标题 : 陈根:连接人脑和计算机的计算鬼成像架构

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