《環(huán)太平洋2》海報。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，主人公身處機甲戰(zhàn)士身體內(nèi)，隨心所欲地控制機甲，就好像是控制自己的身體一樣。“神經(jīng)元融合度越高，機甲的戰(zhàn)斗力越強”，片中的臺詞道出了人機融合的關鍵所在。
影片中所描述的這種人機融合，即為腦控技術——用人的意念來控制機器等外部事物。
在腦控技術領域，西北工業(yè)大學電子信息學院謝松云教授所帶領的神經(jīng)信息團隊已進行了長達十余年的研究，研發(fā)出了多種誘發(fā)模式相結合的腦控技術。目前，這一技術已經(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，無人機起落自如
近日，中國青年報·中青在線記者在西北工大電子信息學院看到這樣的實驗場景：
控制室內(nèi)，實驗人員戴上一個科技感十足的“帽子”，面對著屏幕，無需任何操作?？雌饋恚皇钦J真地盯著屏幕……
而在室外的空地上，一架無人機緩緩滑行、起飛，按照計劃繞過障礙物飛行，而后，成功降落……實際上，無人機的每一個動作都是由實驗室人員的“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行分析解碼，轉(zhuǎn)換為控制信號，進而實現(xiàn)對‘事物’的控制。”謝松云說，這些“事物”可以是設備裝置，甚至也可以是生物體。
至于腦電波，其實很早就被人類所認識和獲取。“要想實現(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。
在利用腦電波進行控制時，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。目前的腦控技術應用，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，遠遠不能滿足人們對腦控技術的渴望和期待?，F(xiàn)實中，人們對物體的控制需要更多的控制狀態(tài)。“比如，要實現(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個特征量”。
這幾個腦特征的增加，并非簡單的數(shù)量增減，而是腦控技術應用領域質(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、運動想象、事件想象。
“腦機一體化”讓腦控技術走向應用
盡管實現(xiàn)了多模式腦特征的提取，但腦機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的一大障礙。為解決這一問題，謝松云教授團隊率先提出了“腦機一體化”概念，有力推動了腦控技術的實際應用。
通俗講，“腦機一體化”就是通過腦機接口，將大腦的智力和基于計算機技術的人工智能結合起來，把大腦作為計算機控制系統(tǒng)的一個組成部分，構成一個既有大腦的靈活和智能，又有計算機的高速和大容量的新型系統(tǒng)，用于對各種設備與系統(tǒng)的控制。
“它既不是完全依靠‘腦’，也不是完全依靠計算機進行全程控制，這樣可以大幅度提高系統(tǒng)的智能化和適應性。”比如，在未來無人駕駛汽車應用中，汽車的運行主要靠基于人工智能技術的計算機系統(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用于實際的腦控技術。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、穩(wěn)定性強。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，要想獲得穩(wěn)定的特征信號，通常需要較多的采集電極，這樣的多導聯(lián)裝置由于穿戴不方便，限制了推廣應用。
謝松云團隊成功突破了這項難題，在少導聯(lián)精確性上作出多項創(chuàng)新，提高了信號傳輸?shù)木珳识扰c實時性，在相關技術上達到國際先進水平。
顛覆性技術的研究再難也要堅持下去
這樣的“炫酷”技術，離普及還有多遠？謝松云回答：已不遙遠。
隨著世界范圍內(nèi)掀起的“腦控”熱潮，核心技術的突破（即腦特征采集分析）已不再遙不可及。核心技術的突破，會令控制的物品多樣化，那時便是腦控真正走向廣泛應用的時候。
“該系統(tǒng)的應用前景十分廣泛，從人們的日常生活、健康醫(yī)療，到教育教學、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。
最實用的應用，當屬殘障人士、老年人的輔助設備。目前一些傳聞中的“腦控”設備，實際上是由肌肉控制。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來實現(xiàn)控制，價格高達數(shù)百萬美元。未來，如果殘疾人輔助設備采用“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的“跨界整合”。
前景無限美好的背后，是科學家不懈、辛勞的努力。“腦控學科屬于典型的新型交叉學科，涉及神經(jīng)生物學、信息學、自動化、計算機、心理學、醫(yī)學、哲學等，且在實驗階段不同的實驗主體受心理因素影響干擾也較大，想要驗證出穩(wěn)定的結論，難度巨大”。
謝松云告訴記者：“我們從事的是顛覆性技術的研究，對人類文明的進步有著重大意義，再難也要堅持下去。”（劉建平 鄭真 孫海華）
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