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Kevin

【腦機介面】最精準的的非侵入式腦機介面—fMRI

非侵入式的腦機介面種類較多,而且對於人體的研究也比較透徹,畢竟比較不會對人體造成傷害,所以比較少法律的問題。

我們就一個一個來慢慢說好了,首先第一個要介紹的是功能性磁振造影(Functional magnetic resonance imaging),簡稱fMRI。

大家可能都聽說過醫院的核磁共振,MRI,雖然核磁共振好像跟MRI是不一樣東西但不知道為什麼大家都這樣說。

那這兩個究竟有什麼不一樣呢?我們就來看看

MRI原理

我盡量說的簡單易懂,畢竟這不是主要的重點。總之呢就是當你施予一個磁場,原子就會排列好沿著磁場轉,然後你再用輻射把他打歪,等他自己轉回來的時候就會釋放輻射,只要偵測輻射就能夠成像。簡單吧,圖片示意:

MRI的機器長得像這樣​


圓圈裡就是一個很大的磁鐵在轉轉轉,然後就可以將身體的內部一片一片的掃描,最後疊在一起就能將腦的「結構」成像,注意,只有結構喔,其實不只腦啦,其他部位也可以。

fMRI原理

事情是這樣的,有一個日本人叫做小川誠二,他發現了一件很特別的事,就是說含氧的血跟缺氧的血對於磁場的反應是不一樣的。

這裡就小小科普一下,當你的腦在處理事情的時候,其實是需要花能量的,而能帶給細胞能量的就是血液,雖然你可能沒感覺,但例如你在說話的時候,腦袋處理語言的部分會有較多的血液流入,只是這個反應不是立即的而是會延遲1~5秒。


這不就剛好對上了嗎,這樣只要利用充氧血的磁共振訊號,再疊加上原本的結構成像,我們就可以知道大腦的哪個部分在運作了。是的沒錯,就是這麼的簡單,詳細做法你如果真的特別好奇,也可以去看看其他文章,我就不多贅述。

成像大概長這樣:


紅色的地方就是腦中含氧血較多的地方,也就是腦正在運作的區域

作法

受試者會被要求在MRI機器裡做一些事,例如聽重複的嗶嗶聲,然後機器就會開始掃描,這樣我們就知道處理聲音訊號的位置在哪了。也可以看圖片啊、說話啊之類的來測試不同區域的功能。

fMRI的優點

精準,相比起其他非侵入式的腦機介面,這可以說是超級精準的方式,完全可以知道腦的哪一部分在運作。

fMRI的缺點

  1. 超慢,很多人說的都時間不同,但都落在30分鐘以上,你想想看,我要控制一個東西,我要30分鐘以後,才能開始破譯然後讓他動起來,突然覺得他好像不能叫做腦機介面了,根本沒介到。

  2. 超貴,MRI機器那麽精密,你大概就能知道他是一台很貴的機器了,一般人是不可能擁有的。

  3. 超不方便,在掃描的時候,受試者是不能動的,因為一動,成像就不精準了。

  4. 非直接的訊息,因為他是測量血液的流量、流速、以及含氧量,跟神經的活動雖然是正相關,但是不是線性的就不好說了,再加上血液流動的方式在大腦各個部位可能不太一樣,有些地方血管彈性比較好,可以讓血流變大一點之類的,這樣讀出來的數據就沒辦法很精準的跟神經的活動做數量上的分析

綜上所述,目前的應用大多都在實驗上,例如想知道腦的哪裡控制手臂,知道以後再用其他方式取的該腦區域的資料,要不然就是醫療用。

為什麼還是要介紹呢,因為這是目前非侵入式最精準的成像技術,沒錯,侵入式跟非侵入式就是差這麼多,當侵入式在破譯一顆一顆神經的訊號的時候,非侵入式最清楚只能知道哪一個區域在運作。而且我想要特別指出的是,非侵入式腦機介面永遠都會遇到兩個難題,一是精準度,二是即時性,這兩個就跟魚與熊掌一樣不可兼得,fMRI就是有精準度但沒有即時性的最好典範。

那fMRI的介紹就到這邊,有什麼想法歡迎留言給我喔

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