技術名稱 多人同步攜帶式超高速腦波掃描儀
計畫單位 國立清華大學
計畫主持人 莊鈞翔
技術簡介
國際各大公司相繼投入腦機介面(Brain-Computer-Interface, BCI)開發,如Neurolink發表植入式神經晶片試圖協助多種腦神經功能異常的病人;Facebook投入以BCI為主的語言辨識與輸入系統;Kernel、CTRL-Labs、Paradromics也爭相投入相關技術研發,總募資金額達到10億美元之多;除了私人企業,公部門如美國國防部高等研究計畫署(DARPA)也投入數億美元研發具高解析度之雙向BCI,旨在提升士兵表現,為未來與無人系統、人工智慧和行動網絡的結合做準備。近年來,腦機介面的發展從傳統個人化的使用,逐漸朝群體互動之應用開發。
傳統腦機介面的技術,礙於腦波(EEG)訊號量測的難度(僅心電訊號的千分之一),特別是非侵入式的方法容易產生大量雜訊,無法有效在研究上或是應用上快速發展,因此,『可攜式無線腦機介面』迄今在全球仍是各廠商與新創公司所追逐的金探子。同時,因應神經教育學、神經行銷分析等產業興起,「多人同步(synchronize)」與「超高速掃描(hyperscanning)」更成為新一代腦機介面的硬核。在進行多人同步超高速掃描的腦波量測時,時間的精準性乃最高要求,特別是在使用無線傳輸時,藍芽所產生的時間延遲(latency)約50-100ms,足已造成腦波分析失真,雖然可用有線方式進行資料傳輸與同步,但卻喪失了可攜式裝備的方便性。
本團隊在科技部(MOST)計畫的支持下,開發多人同步攜帶式超高速腦波掃描儀(Multi-User Hyperscanning and Wireless EEG System),藉由創新的放大器電路與新型的無線傳輸介面,可得到多通道(multi-channel)醫療級的腦波訊號,並讓設備與電腦端達到完全同步,多台裝置間的同步誤差可達到< 1毫秒(ms),更可進一步依據使用需求,讓裝置間同步誤差達到奈秒(ns)等級。此外,透過不同的量測電極,可同時量測腦波、心電圖(ECG)、肌電圖(EMG)等多重生理訊號,更可透過無線串流的技術,與其他量測如眼動儀、外骨骼機器人、情緒辨識結合,達到多人多重訊號同步記錄之目的。
本團隊目前將此系統運用於空間巡航表現的探索,預期獲得大腦多面向認知功能的發展與環境互動認知功能的變化,未來可將此結果推廣至神經教育、健康照護、社交活動等不同的應用。
科學突破性
「多人同步攜帶式超高速腦波掃描儀」具備低無線訊號延遲、高度多重設備同步,可進行高精密的生理訊號分析,相較於現有市場產品,可快速穿戴並解決設備同步的複雜操作,提供腦科學與神經工程專家一項解決方案,適合使用在多人的場域例如學校或公司,將以往個人化的研究進一步提升至人際互動之神經科學探索。
產業應用性
藉由同步量測人際間的互動,提供量化的生理指標,於教育現場,可了解師生課程互動情況、學生社交發展,進而提升教育品質;對企業用戶來講,可利用此工具進行人員培訓、策略制定,應用在人資管理與神經行銷方面;未來更可應用於健康照護,將傳統難以量化的精神科、心理科評估,透過此分析工具,達到更佳的醫療效果。
關鍵字 腦機介面 超高速掃描 腦波 穿戴式科技 多人同步 神經教育 神經行銷 健康照護 大數據 人工智慧
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