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意念控制!科幻真的成真了!

时间:2016-11-05 15:45 转载请尊重版权注明来源和作者

神舟十一号载人航天飞船已于10月19日凌晨与天宫二号成功对接,航天员33天的太空之旅持续受到关注。除了为天宫二号空间实验室在轨运营提供物资服务外,航天员还会开展并参与航天医学实验,空间科学实验,在轨维修等技术试验以及科普活动,其中备受关注的是一项科幻色彩浓烈的前瞻性研究:由意念控制的脑机交互实验。

说到意念控制者,大家都不会陌生,比如著名的都敏俊教授,不用人为操作就可直接用意念控制灯泡明灭、用意念隔空取物等等,还有《X战警》的X教授,拥有强大的心灵感应和精神控制的能力。然而这样的“意念控制术”是否只存在于影视小说中呢,随着脑科学和计算机技术的发展,我们和都教授之间到底还差多少个阿尔法狗。

 

 

从科学体系的角度讲:意念控制技术包括了神经科学、认知科学、计算科学、物理学、数学等多领域学科,这种技术的初级阶段,主要是脑机交互(BCI,Brain-Computer Interface)。“脑”即是人脑,说准确一些,是人脑的神经系统,“机”就是任何用于计算和处理的设备,从芯片、电路到计算机都算。脑机交互就是利用大脑在做神经活动时产生的脑电信号(EEG),实现人脑与计算机或其他电子设备的直接通信和控制,实质为计算机通过脑信号推断人的想法或目的。

要理解脑机交互,首先得知道什么是“脑电”和它如何被提取。生物电现象是生命活动的基本特征之一,各种生物均有电活动的表现,大到鲸鱼,小到细菌,都有或强或弱的生物电。英文细胞(cell)一词也有电池的含义,无数的细胞就相当于一节节微型的小电池,是生物电的源泉。人脑中有许多的神经细胞在活动着,并成电器性的变动。脑中的电器性震动我们称之为脑波。通俗来说,脑波是由脑细胞所产生的生物能源,或者是脑细胞活动的节奏。现代脑电图学中,根据脑电频率与幅度的不同, 将脑电波划分为四种波段:α波、β 波、θ波和δ波。

 

 

由于脑波活动具有一定的规律性特征,且和大脑的意识存在某种程度的对应关系,在兴奋、紧张、昏迷等不同状态之下,脑电波的频率会有明显的不同,脑波这种随情绪波动而变化的特性,使得人类对于脑波的开发利用成为了可能。但由于人的大脑被头盖骨紧紧包裹,屏蔽了大量的脑波,脑电波的提取必须依靠电极等精密的电子仪器,从头皮上将脑部的自发性生物电位加以收集、放大并记录。

 

 

脑机交互的实现依赖于脑机双向适应性。一方面是要求使用者采用合适的方式和手段不断调整自身大脑状态,产生最佳信号,以适应计算机解析算法。另一方面计算机执行合适的解析算法对脑电信号进行分析,分析结果控制计算机或者电子设备。反馈是实现BCI系统中“脑对机的适应性”主要交互手段。

 

 

BCI系统主要的反馈手段是生物反馈,它不同于传统控制系统中的反馈。该反馈是系统将输出结果反馈给使用者,使用者将结果与期望进行对比,然后对自身思维意识进行合理调节,使得系统的输出结果更接近于期望值。当大脑通过不断地反馈,修正,产生最佳脑电信号后,计算机可利用机器学习获得解析算法,产生控制命令。

当然,意念控制脑机交互作为一项前瞻性实验,目前还在起步阶段,困难重重,包括BCI信号处理速度慢,信号提取精度低,信号采集和处理方法需改进,脑电信号抗干扰性弱,自适应差,机器学习技术不成熟等。但是一旦这项黑科技得以实现,它给我们带来的将是无法想象的颠覆。如果说VR改变我们看世界的方式,语音技术改变我们听说世界的方式,那么意念控制技术将会彻底改变我们与世界交互的方式。它可以帮助残障人士更好地与世界相处;控制机器人替身去完成高风险的任务作业;探知大脑工作原理,治疗精神疾病患者;改变人类的社交方式以及成为人与机器和谐相处的终极答案。

 

 

出品:科普中国

制作:未来人团队

监制:中国科学院计算机网络信息中心

 

 

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