韋澤艷

“大到鯨魚，小到細(xì)菌，生物電現(xiàn)象是生命活動最基本的特征之一。而正基于此，“意念控制”等應(yīng)用才得以頻頻刷屏。今天，我們就來揭開這個神秘面紗?！?/p>

前不久熱映的好萊塢科幻電影《環(huán)太平洋2》中，主人公身處機(jī)甲戰(zhàn)士身體內(nèi)，隨心所欲地控制機(jī)甲，就好像是控制自己的身體一樣。“神經(jīng)元融合度越高，機(jī)甲的戰(zhàn)斗力越強(qiáng)”，片中的這句臺詞道出了人機(jī)融合的關(guān)鍵所在。這場科幻盛宴也再一次刷新了人們對“意念控制”的認(rèn)識。

實(shí)際上，意念控制技術(shù)包括了神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、計(jì)算科學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)等多領(lǐng)域多學(xué)科，這種技術(shù)的初級階段，主要是腦機(jī)交互（BCI）?！澳X”即是人腦，說準(zhǔn)確一些，是人腦的神經(jīng)系統(tǒng)，“機(jī)”就是任何用于計(jì)算和處理的設(shè)備，從芯片、電路到計(jì)算機(jī)都是。腦機(jī)交互就是利用大腦在做神經(jīng)活動時產(chǎn)生的腦電信號（EEG），實(shí)現(xiàn)人腦與計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備的直接通信和控制，實(shí)質(zhì)為計(jì)算機(jī)通過腦信號推斷人的想法或目的。

腦電如何提??？

要理解腦機(jī)交互，首先得知道什么是“腦電”和它如何被提取。生物電現(xiàn)象是生命活動的基本特征之一，各種生物均有電活動的表現(xiàn)，大到鯨魚，小到細(xì)菌，都有或強(qiáng)或弱的生物電。英文細(xì)胞（cell）一詞也有電池的含義，無數(shù)的細(xì)胞就相當(dāng)于一節(jié)節(jié)微型的小電池，是生物電的源泉。

人腦中有許多的神經(jīng)細(xì)胞在活動著，并成電器性的變動。腦中的電器性震動我們稱之為腦波。通俗來說，腦波是由腦細(xì)胞所產(chǎn)生的生物能源，或者是腦細(xì)胞活動的節(jié)奏?，F(xiàn)代腦電圖學(xué)中，根據(jù)腦電頻率與幅度的不同，將腦電波劃分為四種波段：d波、B波、0波和8波。

由于腦波活動具有一定的規(guī)律性特征，且和大腦的意識存在某種程度的對應(yīng)關(guān)系，在興奮、緊張、昏迷等不同狀態(tài)之下，腦電波的頻率會有明顯的不同，腦波這種隨情緒波動而變化的特性，使得人類對于腦波的開發(fā)利用成為了可能。但由于人的大腦被頭蓋骨緊緊包裹，屏蔽了大量的腦波，腦電波的提取必須依靠電極等精密的電子儀器，從頭皮上將腦部的自發(fā)性生物電位加以收集、放大并記錄。

生物反饋是手段

腦機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)依賴于腦機(jī)雙向適應(yīng)性。一方面是要求使用者采用合適的方式和手段不斷調(diào)整自身大腦狀態(tài)，產(chǎn)生最佳信號，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)解析算法。另一方面計(jì)算機(jī)執(zhí)行合適的解析算法對腦電信號進(jìn)行分析，分析結(jié)果控制計(jì)算機(jī)或者電子設(shè)備。反饋是實(shí)現(xiàn)BCI系統(tǒng)中“腦對機(jī)的適應(yīng)性”主要交互手段。

BCI系統(tǒng)主要的反饋手段是生物反饋，它不同于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的反饋。該反饋是系統(tǒng)將輸出結(jié)果反饋給使用者，使用者將結(jié)果與期望進(jìn)行對比，然后對自身思維意識進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，使得系統(tǒng)的輸出結(jié)果更接近于期望值。當(dāng)大腦通過不斷地反饋，修正，產(chǎn)生最佳腦電信號后，計(jì)算機(jī)可利用機(jī)器學(xué)習(xí)獲得解析算法，產(chǎn)生控制命令。

為人類服務(wù)是終極目標(biāo)

當(dāng)然，意念控制腦機(jī)交互作為一項(xiàng)前瞻性實(shí)驗(yàn)，目前還在起步階段，困難重重，包括BCI信號處理速度慢，信號提取精度低，信號采集和處理方法需改進(jìn)，腦電信號抗干擾性弱，自適應(yīng)差，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)不成熟等。但是一旦這項(xiàng)黑科技得以實(shí)現(xiàn)，它給我們帶來的將是無法想象的顛覆。

如果說VR改變我們看世界的方式，語音技術(shù)改變我們聽說世界的方式，那么意念控制技術(shù)將會徹底改變我們與世界交互的方式。它可以幫助殘障人士更好地與世界相處；控制機(jī)器人替身去完成高風(fēng)險的任務(wù)作業(yè)；探知大腦工作原理，治療精神疾病患者；改變?nèi)祟惖纳缃环绞揭约俺蔀槿伺c機(jī)器和諧相處的終極答案。（編輯/任偉）