用于下一代脑机接口的量子传感器

“脑-机接口将任何形式的大脑活动，无论是电的、磁的或代谢的，转换成外部机器的控制命令，例如机器人设备、计算机或其他机器外骨骼柏林医科大学临床神经技术研究小组负责人Soekadar在量子技术应用国际会议上解释道。

bci是基于这样一种认识:大脑产生的电场可以在头皮上测量，并代表我们大脑活动的图像。由于人们将特定的思想与特定的模式联系起来，计算机就可以被教得出关于我们思想的结论。

入侵BCI

借助于神经网络模型,深度学习和大数据bci实时翻译大脑活动。在医学上，它们被用来缓解症状阿尔茨海默氏症,癫痫,帕金森症疾病,开发neuroprostheses，以恢复感觉器官的功能，或最终改善人类的认知能力。

将BCI与技术电路连接的一种方法是将电极植入大脑。马斯克的Neurolink计划将微米级的线植入大脑区域。每根线都包含许多电极，并将它们连接到通过机器人系统插入的植入物Link上。

“这些bci将大脑活动，例如与运动想法相关的活动，转化为感觉反馈;感觉反馈再次调节。这个闭环系统是神经元如何精确调整它们的工作，并导致大脑的重组，”Soekadar解释道。

然而，这些bci有几个缺点。Soekadar警告说:“最先进的BCI植入有感染和出血的风险。”“直到几年前，还没有可以完全植入体内的设备;总有一根电线从脑袋里伸出来。这些设备没有永久使用的认证。”

此外，病人不能在实验室之外使用这些设备，这些设备要花费数千美元。“这些都是演示或出版物，以展示其潜力。但受试者在日常生活中并没有真正从中受益。如果你想移除这些设备，就需要进行另一次手术。”

该专家认为，侵入性bci将仅用于少数患者，主要用于研究，但不会大规模使用。“当涉及到所有这些神经和精神疾病时，我无法想象将微电极植入大脑将成为标准程序。”

非侵入式脑机接口

这就是索卡达关于量子传感器的研究发挥关键作用的地方。这些新一代的传感器可以测量神经磁场，这是迄今为止只有静态脑磁图仪才能实现的壮举。

量子传感器允许从头骨表面记录大脑活动，这是以前无法实现的空间和时间分辨率。该系统应该能够控制机器人的复杂动作，或者根据大脑的神经磁活动重建想象中的语言。

最广泛使用的是光泵磁力仪(OPM)，它使用气体原子作为灵敏的探针来测量最小的磁场。除了opm，科学家们还在开发基于钻石的量子传感器。理论上，这些钻石磁强计可以获得更高的分辨率。

应用程序

Soekadar认为，辅助性和恢复性神经外骨骼是改善严重瘫痪患者生活条件的有效临床工具。然而，到目前为止，无创BCI只能控制手的开合。他们不能解读单个手指的动作或不同的抓握类型。此外，反复使用大脑外骨骼可以导致功能和结构的可塑性，从而导致神经恢复。

下一步，Soekadar的研究旨在改善大脑功能，如工作记忆、情绪调节或更复杂的感觉运动整合。他说:“当我们将bci与神经调节结合起来，并理解个体大脑活动、大脑功能和行为之间的原因和联系时，我们可以将bci的范围扩展到精神病学的应用，例如抑郁症或痴呆症。”“我们将使用适应性脑刺激来稳定和改善这些不同的大脑功能。”

前景

辅助bci是恢复运动功能的有效临床工具。Soekadar说:“量子传感器是目前最有希望推进非侵入式bci应用的技术，但仍有许多技术挑战需要掌握。”他总结道:“但我非常乐观地认为，这些挑战可以在未来五年内被掌握，它们将丰富神经科学和BCI领域。”