《環(huán)太平洋2》海報(bào)。視覺中國供圖
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)”，片中的臺詞道出了人機(jī)融合的關(guān)鍵所在。
影片中所描述的這種人機(jī)融合，即為腦控技術(shù)——用人的意念來控制機(jī)器等外部事物。
在腦控技術(shù)領(lǐng)域，西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院謝松云教授所帶領(lǐng)的神經(jīng)信息團(tuán)隊(duì)已進(jìn)行了長達(dá)十余年的研究，研發(fā)出了多種誘發(fā)模式相結(jié)合的腦控技術(shù)。目前，這一技術(shù)已經(jīng)可以做到3種誘發(fā)模式、7種腦特征的提取與識別。更多模式的腦特征的開發(fā)與利用，也有望在近期攻克。
意念控制，無人機(jī)起落自如
近日，中國青年報(bào)·中青在線記者在西北工大電子信息學(xué)院看到這樣的實(shí)驗(yàn)場景：
控制室內(nèi)，實(shí)驗(yàn)人員戴上一個(gè)科技感十足的“帽子”，面對著屏幕，無需任何操作?？雌饋?，他只是認(rèn)真地盯著屏幕……
而在室外的空地上，一架無人機(jī)緩緩滑行、起飛，按照計(jì)劃繞過障礙物飛行，而后，成功降落……實(shí)際上，無人機(jī)的每一個(gè)動(dòng)作都是由實(shí)驗(yàn)室人員的“大腦”直接控制。
“所謂的‘意念控物’，是通過采集腦電波，然后用某種裝置對腦電波進(jìn)行分析解碼，轉(zhuǎn)換為控制信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對‘事物’的控制。”謝松云說，這些“事物”可以是設(shè)備裝置，甚至也可以是生物體。
至于腦電波，其實(shí)很早就被人類所認(rèn)識和獲取。“要想實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的控制，難度最大的就是對腦電波的提取、分類和識別，也就是所謂腦功能特征的提取。”通俗一點(diǎn)講，就是需要知道大腦想要做什么，獲取的腦電波要能代表這種“訴求”，不同“訴求”要能在腦電波中體現(xiàn)出來。
在利用腦電波進(jìn)行控制時(shí)，腦特征的產(chǎn)生通常需要有特定的激發(fā)方式，亦稱誘發(fā)模式。目前的腦控技術(shù)應(yīng)用，絕大部分處于單一模式的水平，也就是只能提取一類腦特征，這使得所轉(zhuǎn)換的控制指令在“自由度”上十分有限，也就限制了意念控制的能力和發(fā)展。
顯然，只有單一模式腦特征的提取與識別，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對腦控技術(shù)的渴望和期待?，F(xiàn)實(shí)中，人們對物體的控制需要更多的控制狀態(tài)。“比如，要實(shí)現(xiàn)一輛腦控平衡車，至少需要走、停、加速、減速、轉(zhuǎn)彎等5至6個(gè)特征量”。
這幾個(gè)腦特征的增加，并非簡單的數(shù)量增減，而是腦控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域質(zhì)的變化。謝松云表示，上述系統(tǒng)中對于腦特征的誘發(fā)，主要采用3種模式：視覺刺激、運(yùn)動(dòng)想象、事件想象。
“腦機(jī)一體化”讓腦控技術(shù)走向應(yīng)用
盡管實(shí)現(xiàn)了多模式腦特征的提取，但腦機(jī)接口的一些固有局限性，如速度慢、正確率不夠高等，仍是國際上腦控技術(shù)的一大障礙。為解決這一問題，謝松云教授團(tuán)隊(duì)率先提出了“腦機(jī)一體化”概念，有力推動(dòng)了腦控技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。
通俗講，“腦機(jī)一體化”就是通過腦機(jī)接口，將大腦的智力和基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的人工智能結(jié)合起來，把大腦作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，構(gòu)成一個(gè)既有大腦的靈活和智能，又有計(jì)算機(jī)的高速和大容量的新型系統(tǒng)，用于對各種設(shè)備與系統(tǒng)的控制。
“它既不是完全依靠‘腦’，也不是完全依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行全程控制，這樣可以大幅度提高系統(tǒng)的智能化和適應(yīng)性。”比如，在未來無人駕駛汽車應(yīng)用中，汽車的運(yùn)行主要靠基于人工智能技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，但是人工智能系統(tǒng)的“智能”則是依靠它所經(jīng)歷過的場景，這樣的場景是非常多的，常規(guī)的智能系統(tǒng)不可能經(jīng)歷所有場景，這就是當(dāng)前的無人駕駛汽車發(fā)生交通事故的原因所在。
加入了腦控，可以在可能發(fā)生事故的瞬間，及時(shí)發(fā)出各種警示和模式切換指令，避免交通事故，提高靈活性。
正是基于這樣的理念，謝松云將長期理論研究的成果應(yīng)用于實(shí)際的腦控技術(shù)。比如，在腦信號采集方式上。
腦信號的采集，可以分為腦植入電極的“侵入式”和無植入的“非侵入式”。“侵入式”就是將腦電檢測的電極植入大腦，這種方式采集的信號強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)。但顯然，這種方式會對人體造成創(chuàng)傷，除非特殊情況，否則很少有人愿意接受這種方式。
另一種就是“非侵入式”，也就是目前多見的、在頭上佩戴一種腦電檢測裝置。相比之下，“非侵入”式裝置穩(wěn)定性不強(qiáng)，要想獲得穩(wěn)定的特征信號，通常需要較多的采集電極，這樣的多導(dǎo)聯(lián)裝置由于穿戴不方便，限制了推廣應(yīng)用。
謝松云團(tuán)隊(duì)成功突破了這項(xiàng)難題，在少導(dǎo)聯(lián)精確性上作出多項(xiàng)創(chuàng)新，提高了信號傳輸?shù)木珳?zhǔn)度與實(shí)時(shí)性，在相關(guān)技術(shù)上達(dá)到國際先進(jìn)水平。
顛覆性技術(shù)的研究再難也要堅(jiān)持下去
這樣的“炫酷”技術(shù)，離普及還有多遠(yuǎn)？謝松云回答：已不遙遠(yuǎn)。
隨著世界范圍內(nèi)掀起的“腦控”熱潮，核心技術(shù)的突破（即腦特征采集分析）已不再遙不可及。核心技術(shù)的突破，會令控制的物品多樣化，那時(shí)便是腦控真正走向廣泛應(yīng)用的時(shí)候。
“該系統(tǒng)的應(yīng)用前景十分廣泛，從人們的日常生活、健康醫(yī)療，到教育教學(xué)、游戲娛樂都能覆蓋。”謝松云對未來的全智能生活做出了美好暢想。
最實(shí)用的應(yīng)用，當(dāng)屬殘障人士、老年人的輔助設(shè)備。目前一些傳聞中的“腦控”設(shè)備，實(shí)際上是由肌肉控制。比如擁有多種“黑科技”的霍金輪椅，通過檢測面部肌肉和眼動(dòng)來實(shí)現(xiàn)控制，價(jià)格高達(dá)數(shù)百萬美元。未來，如果殘疾人輔助設(shè)備采用“腦控”，會更加方便和智能。
隨著人口老齡化程度的加深，腦控技術(shù)還可以幫助人們延緩腦衰老。日前，有研究人員提出一款意念游戲，可延緩老年癡呆癥，這被視為人工智能與腦科學(xué)的“跨界整合”。
前景無限美好的背后，是科學(xué)家不懈、辛勞的努力。“腦控學(xué)科屬于典型的新型交叉學(xué)科，涉及神經(jīng)生物學(xué)、信息學(xué)、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、心理學(xué)、醫(yī)學(xué)、哲學(xué)等，且在實(shí)驗(yàn)階段不同的實(shí)驗(yàn)主體受心理因素影響干擾也較大，想要驗(yàn)證出穩(wěn)定的結(jié)論，難度巨大”。
謝松云告訴記者：“我們從事的是顛覆性技術(shù)的研究，對人類文明的進(jìn)步有著重大意義，再難也要堅(jiān)持下去。”（劉建平 鄭真 孫海華）
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