楊洋

“公元2015年，一個巨大的人型生物侵襲了日本各大城市。奮起反擊的國聯(lián)軍，將該生物稱作‘使徒’。不過，就連最具殺傷力的‘N2地雷’，也只是在短時間內(nèi)減緩了‘使徒’的步伐。與此同時，一個名為碇真嗣的少年，被他的父親帶到了第三新東京市地下的NERV（德語中意思是‘神經(jīng)’）本部。在沒有受過任何特殊訓練的情況下，真嗣就和EVA初號機達成同步，并肩作戰(zhàn)。由于真嗣不熟悉操作，也沒有實戰(zhàn)經(jīng)驗，EVA初號機在遭到‘使徒’的簡單攻擊后，就喪失了戰(zhàn)斗能力。但在真嗣昏迷的時候，EVA初號機竟奇跡般地再次啟動，在失控的狀態(tài)下，EVA初號機依靠強大的力量將‘使徒’擊潰。”

喜愛動漫的朋友想必早已經(jīng)看出來了，這是日本著名動漫作品《新世紀福音戰(zhàn)士》中的一段描述。對于EVA機體的控制，是通過駕駛員與EVA機體神經(jīng)系統(tǒng)同步率的高低，來獲得相應效率的機體控制權限的。同步率越高，EVA機體的穩(wěn)定性及操作的精確性就越高。從動漫作品創(chuàng)作之初到現(xiàn)在，已經(jīng)過去了近20年，世界并沒有像劇情描述的那樣變了模樣，不過神經(jīng)系統(tǒng)控制器卻早已成為我們觸手可及的事物。

只知其音不知其意的神經(jīng)系統(tǒng)

要了解神經(jīng)系統(tǒng)控制器，我們首先要知道什么是神經(jīng)系統(tǒng)。

神經(jīng)系統(tǒng)由腦、脊髓、腦神經(jīng)、脊神經(jīng)、植物性神經(jīng)，以及各種神經(jīng)節(jié)組成，其基本結構和功能單位是神經(jīng)元。它能協(xié)調(diào)軀體內(nèi)各器官、各系統(tǒng)的活動，使之成為一個整體，并與外界環(huán)境發(fā)生相互作用。而神經(jīng)系統(tǒng)控制器，主要由神經(jīng)系統(tǒng)中大腦皮層的反射與傳導信息進行控制。

大腦由上億個活躍的腦神經(jīng)組成，軸突的總長度可達17萬千米，連起來可繞地球3圈多，人類大腦平均每天會產(chǎn)生7萬個想法。然而，人腦中復雜的神經(jīng)系統(tǒng)活動，是如何轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而操作并控制相關設備的呢？其實，就像人聲會被麥克風“拾取”一樣，只要我們有相應的傳感器，能夠捕捉到神經(jīng)系統(tǒng)活動的信息，并進行“數(shù)模轉(zhuǎn)換”，將其變成電信號，再經(jīng)過特定的編碼器處理的話，一切問題就會迎刃而解。

不過，這種傳感器的制造難度非常大，主要問題就在于如何捕捉神經(jīng)系統(tǒng)的活動信息。說到這里，我們就不得不提到人類的兩個生物現(xiàn)象——生物電和肌肉電。只要能順利觀察到這兩種現(xiàn)象，那么捕捉信息就不難了。

放電的腦細胞

生物電現(xiàn)象是生命活動的基本特征之一，不論種類大小，只要是存在的生物生命體，都具有或強或弱的生物電。

1924年，德國的生理學家漢斯·伯格觀察到電鰻會發(fā)出電氣，他認為人類身上必然也會存在著相同的現(xiàn)象。同年7月的一個傍晚，漢斯·伯格第一次在顱骨受損的病人頭部測到了極為微弱的電流。經(jīng)過近5年的漫長實驗，他終于確認這股神秘的電流來自于腦部活動。

也許你根本無法相信，人體內(nèi)竟然會有電流，不過這是事實。電流的源頭就是人類大腦中無數(shù)個“微小的發(fā)電站”——腦細胞，這些腦細胞都會釋放極其微弱的電流。不過，單個腦細胞產(chǎn)生的電流過于微弱，科學家很難從頭皮外部進行測量。因此，只有一定數(shù)量的腦細胞共同放電，由此產(chǎn)生的集體電波才會被儀器檢測到。所以，目前研發(fā)的神經(jīng)系統(tǒng)控制器，往往捕捉的是集體電波。

如今，可用電子掃描儀檢測出的腦電波波段主要有4種，即δ波（1～3Hz）、θ波（4～7Hz）、α波（8～13Hz）、β波（14～30Hz）。

δ波的頻率為每秒1～3次，嬰兒、極度疲勞和處于昏睡狀態(tài)的成年人的大腦中，都會出現(xiàn)這種波段。

θ波的頻率為每秒4～7次，成年人在情緒受挫、情感抑郁時，大腦中就會出現(xiàn)這種波段。不過，θ波主要還是少年（10～17歲）大腦中的首要腦電波。

α波的頻率為每秒8～13次，它是成年人腦電波的基本節(jié)律，如果沒有外加的刺激，其頻率是相當恒定的。人在處于清醒或平靜的狀態(tài)時，這種節(jié)律最為明顯，一旦受到刺激，α波會立刻消失。

β波的頻率為每秒14～30次，當人們精神緊張、情緒激動或非?？簥^時，就會出現(xiàn)這種腦電波。當α波快速消失時，往往出現(xiàn)的就是β波。

不過，科學家們認為還有大于35Hz的腦電波——γ波。這種腦電波的頻率過高，長期處于該狀態(tài)下的人會有生命危險。

這些形形色色的腦電波，形成了人類各種各樣的神經(jīng)活動，從而表現(xiàn)為不同的大腦活動狀態(tài)。而神經(jīng)系統(tǒng)控制器的捕捉對象正是這些腦電波，不同的腦波模式會發(fā)出不同振幅、頻率的腦電波，控制器依靠對這些腦電波的檢測，就能分析出控制人的思想活動和精神狀態(tài)。然而除了腦電波外，肌肉的收縮也會產(chǎn)生電流！我們將這種現(xiàn)象稱為肌肉電。

無時無刻不放電

第一位觀察到肌肉電現(xiàn)象的是意大利解剖學家路易吉·伽伐尼。1791年，他做了一個重要的實驗：利用金屬棒將青蛙小腿的肌肉去極化。當他用電流棒刺激青蛙肌肉的時候，他發(fā)現(xiàn)這塊肌肉會急劇收縮，并產(chǎn)生力量。這次重大發(fā)現(xiàn)最終促使了神經(jīng)生理學的誕生，路易吉·伽伐尼也因此被后人稱為神經(jīng)生理學之父。

科學家們對這種由肌肉產(chǎn)生的電流非常感興趣，但由于當時的科技水平落后，人們還很難對肌肉活動產(chǎn)生的電流進行監(jiān)測。1922年，美國科學家蓋瑟與厄爾蘭格利用陰極射線示波器，終于“看”到了肌肉產(chǎn)生的電流訊號，他們也因此獲得了1944年的諾貝爾醫(yī)學獎。直到那時，人們觀察肌肉電流現(xiàn)象的技術才初步成熟。

如今，我們已經(jīng)觀測到，心臟跳動時會產(chǎn)生1～2毫伏的電壓，眼睛開閉會產(chǎn)生5～6毫伏的電壓，而思考問題時大腦會產(chǎn)生0.2～1毫伏的電壓。經(jīng)過科學家們的不斷實驗，大腦皮層中大部分控制具體活動所對應的身體部位已經(jīng)被定義。比如，大腦頂部的神經(jīng)元主要控制四肢，大腦后部的神經(jīng)元主要控制眼睛。

正是依靠監(jiān)測肌肉電流產(chǎn)生的電壓大小，以及大腦神經(jīng)的活躍部位，如今的神經(jīng)系統(tǒng)控制器才能將人類的動作投射到游戲屏幕上。

神經(jīng)系統(tǒng)控制器的工作模式

游戲依靠“神”操作，是目前游戲開發(fā)商們的主要研究方向和目標。他們渴望利用人類的生物電現(xiàn)象和肌肉電現(xiàn)象，為我們提供更舒適的游戲體驗。

如今神經(jīng)系統(tǒng)控制器的工作模式大同小異，不過在不同的游戲類型中，控制器的工作模式就有所不同了。

當玩家在操作動作游戲時，控制器會將主要的捕捉對象定位于肌肉電流。例如，當大腦頂部產(chǎn)生3～5毫伏的電壓時，控制器就可以通過分析得知：玩家渴望活動四肢。之后，控制器會著重監(jiān)視這塊區(qū)域的電流狀況，不同大小的電壓能夠顯示出玩家具體希望活動的是雙腳還是雙手。

實戰(zhàn)實戰(zhàn)

一款高科技的設備在實驗室里顯然得不到真正的考驗，只有將它推向市場，并獲得用戶的認可，才能證明它是真漢子！

2008年，來自美國加州的神經(jīng)科技公司率先在GDC大會上展示了全球首款神經(jīng)系統(tǒng)控制器——ProjectEpoc系統(tǒng)。使用者戴上這套控制器之后，只要通過意志和情感，就能對游戲中的角色進行操控。這套產(chǎn)品除了為玩家的游戲操作帶來更多的便利外，更令人無法拒絕的是，它的售價僅為299美元。這就是世界上第一套依靠人類大腦來控制游戲的系統(tǒng)。

ProjectEpoc系統(tǒng)主要部件的形狀類似于一個自行車頭盔，上面安裝了16個傳感器。ProjectEpoc運用一種被稱為非侵入性的腦電波儀技術，感測并學習每個使用者大腦神經(jīng)元的電信號模式，讀取使用者大腦對特定動作產(chǎn)生的定義，通過應用程序進行分析解讀，其后轉(zhuǎn)化成電腦或游戲機能理解的訊息，解讀其意念、感覺與情緒，再以無線傳輸?shù)男问皆跓赡簧蠌椭瞥鐾瑯拥膭幼鳌６?，ProjectEpoc還能讓游戲中的虛擬人物模仿玩家的面部表情，甚至讓虛擬人物在游戲中根據(jù)玩家的意念移動指定的物品。

負責產(chǎn)品研發(fā)的布林稱，與手寫體和語音識別一樣，ProjectEpoc系統(tǒng)也需要使用者進行一段時間的學習。在使用前，玩家需要完成一系列的敏感性調(diào)整，使設備更富個性化。首先需要訓練的是“中和信號”。所謂中和，就是不用玩家做任何事情，只需要放松。在這個過程中，設備會給玩家建立一個地基，或稱為大腦的普通模式，因為每個人的大腦都是不同的。然后，使用者要完成一個短暫的適應性測試，在測試中，使用者需要通過意念，在眾多的彩色方塊中控制特定的方塊做出各種運動。比如讓藍色方塊前進、紅色方塊后退、綠色方塊消失等等。這有點類似于游戲手柄或者鍵盤的按鍵映射，這套測試會告訴控制器，在使用者的意念中，哪段電波控制上下，哪段電波控制左右。

不過，ProjectEpoc系統(tǒng)畢竟是6年前的產(chǎn)物，仍然有許多技術需要改進。由于頭盔最重要的部分是16個感測器，因此頭盔的佩戴還頗有學問，要調(diào)整到特定位置才能達到最佳的游戲效果。而且，玩家在使用時頭部晃動幅度不能過大。最“令人發(fā)指”的是，ProjectEpoc仍然需要你做出實際動作，以此讓設備作出相對感應。

為了讓玩家擁有更好的游戲體驗，2012年，全球范圍內(nèi)至少有10余款神經(jīng)系統(tǒng)游戲控制器問世。美國OCZ公司研發(fā)了Neural Impulse Actuator系統(tǒng)，NeuroSky公司推出了MindSet（腦波控制頭盔）。2013年11月，我國也誕生了首臺意念控制機器人。

如今，越來越多的人關注到了神經(jīng)系統(tǒng)控制領域。神經(jīng)科學家艾倫·斯奈德認為，在下一代遙控裝置中，神經(jīng)系統(tǒng)控制器一定能取代遙控手柄。日本任天堂總裁巖田聰也表示：“當我們在大腦中浮現(xiàn)所想時，這些圖像就會出現(xiàn)在視頻游戲之中，今后你可能會非常需要這樣的頭盔裝置。”

《新世紀福音戰(zhàn)士》的動漫劇情雖然帶有濃重的宗教幻想氣息，但對于現(xiàn)實生活而言，它一定有著某些指點未來的能力。如果說Wii的出現(xiàn)顛覆了一代操縱方式的話，那么神經(jīng)系統(tǒng)控制器無疑將是下一次更加徹底的革命。

相關鏈接

軸突：它指的是動物神經(jīng)元傳導神經(jīng)沖動離開細胞體的細而長的突起。軸突是神經(jīng)元的輸出通道，作用是將細胞體發(fā)出的神經(jīng)沖動傳遞給另一個或多個神經(jīng)元或分布在肌肉或腺體的效應器。在神經(jīng)系統(tǒng)中，軸突是主要的信號傳遞渠道。

去極化：它指的是跨膜電位處于較原來的參照狀態(tài)下的跨膜電位更正（膜電位的絕對值較低）的狀態(tài)。去極化是通過向膜外的電流流動或改變外液的離子成分而產(chǎn)生的。

GDC：它是世界著名的游戲開發(fā)者大會，是全球科技水平最高、參與人數(shù)最多、影響力最大的電子游戲業(yè)盛會。

Wii：它是日本任天堂公司推出的家用游戲主機，它的主要功能包括：單手遙控、指向定位及動作感應。