|
大脑交流实验示意图
位于印度的志愿者向在法国的科学家发送大脑信号 人与人之间不通过语言，而是靠意念交流，这样的场景我们只在科幻小说中见过。在前苏联作家别利亚耶夫的《大独裁者》里，主人公施奈德发明了无线脑波控制装置，从最初的抢劫银行，到后来与世界各国军队较量，施奈德一次次打败了敌人。1939年，中国科幻作家顾均正也创作了同样题材的《和平之梦》，在小说中，一个深入美国的“极东国”间谍尝试用无线电干扰美国民众的政治态度。此外，在中国科幻作家王晓达的小说《波》中，战斗也是以电波使对方飞行员大脑产生幻觉的方式获胜的。 科幻小说并非都是空穴来风的随意幻想，有些也是有理有据，以现代的物理、化学、生物等科学知识为依据，进行合理想象的作品。所以，里面看似“臆想”的新奇特发明，总会随着时间的推移，在现代生活中找到匹配的科技。 现在，欧洲科学家们用脑电波和一大堆仪器设备，试图实现这种“人际交流”。 脑波传递“你好”“再见” 日前，欧洲的科学家通过仪器，成功将两个单词“你好（西班牙语hola）”“再见（意大利语ciao）”，从一位印度志愿者的脑中传送到8000公里外的法国实验人员的脑中。研究人员称，这是人类首次“几乎直接”地通过大脑收发信息。 人类大脑结构之复杂，直到现在科学家也没有完全搞清楚其中的机制。但是就目前所知，大脑由近一千亿个神经细胞组成，轴突的总长度约为170000公里。每当产生一个想法的时候，大脑就会产生与其相关联的、微弱但清晰的电信号。此次实验，研究人员使用了无线脑电记录仪（EEG）来记录大脑因神经细胞兴奋而产生的头皮脑电活动。 大脑产生的想法不同，其产生的脑电波也不同，采集到的脑电波由计算机分析翻译后，发出指令控制一个动作。在此次研究中，研究人员改变了以往人脑连接电脑界面的方式，转而替换成另外一个人类大脑来接收这些信号。 在最初的测试中，一位位于印度特里凡德琅的志愿者借助脑电图记录设备将“你好（hola）”和“再见（ciao）”这两个单词，发给了远在法国斯特拉斯堡的实验人员。这两句问候语首先被转换成二进制代码进行发送，法国方面的计算机在收到这些信号后，先对其进行解码，然后再用电刺激将其输入到接收者的意识当中。这些信息在接收者的视觉看来就像一道闪光一样。这种闪光构成二进制编码，使接收者能够理解其中所包含的信息。 在第一次实验获得成功以后，研究人员紧接着又在一个位于西班牙和一个位于法国的志愿者身上进行了类似的实验。第二次实验的总错误率仅为11%，其中6%的差错来自发射端，5%的差错来自接收端。 然而，这种交流的成功，是否意味着人与人之间实现了“意念交流”？ 脑脑相连还是脑机相连？ “两三个音节的传递和交流，并不等于人与人的大脑就实现了人际交流。”曾参与研发大脑解梦机的北京大学心理系教授沈政在接受《中国科学报》记者采访时表示，“尽管接收人知道对方发出的是‘你好’和‘再见’的指令，同时机器也可能理解为‘你好’‘再见’，但是这不等于大脑中的任何念头都可以与别人自由交流。” 其实，从上世纪80年代，就有科学家开始从事关于意念控制、意念交流的研究。当时，美国和欧洲有学者进行的是残疾人脑电交互系统的研究，意图通过结合神经科学、微电子和计算机信息处理等，直接提取大脑的神经活动，实时翻译成控制命令，来控制假肢、计算机鼠标、键盘、家用电器等，帮助那些肢体残疾、脊髓损伤、中风、肌萎缩侧索硬化，以及其他神经肌肉退化的病人，改善他们的生活质量。这一概念也被称为“脑机接口”，或者“人机接口”。 “而这次实验，应该使用了两次脑机接口。但是其本质并不是大脑和大脑交互。”清华大学生物医学工程系教授洪波也告诉《中国科学报》记者，“而且，目前科学研究尚未证实脑与脑之间可直接交流。” 洪波与沈政皆认为，就目前脑机接口的研究程度来说，计算机无法直接解读“你好”“再见”两个单词。而是志愿者将这两个单词通过逐次的手脚运动想象转化为二进制代码（想象手动代表1，想象脚动代表0）。“因为大脑想做某个动作时，脑电波波动比较明显，容易被机器检测。那么，利用脑电波，分析大脑左右半球的信号，就能得出大脑希望手动还是脚动。”沈政说，“但计算机无法辨别复杂的概念，比如一句完整的话。” 在实验中可能出现的情况是，传递一方想象着手动表示“你好”，脚动表示“再见”，或者其他区分比较明显的动作。 洪波也认为，仅就脑机接口这一技术而言，早在2006年，就已经利用同样原理，实现了通过脑电波想象运动，控制机械狗。2013年6月，美国明尼苏达大学华裔教授贺斌成功用脑电波实现了对四轴遥控飞机的控制，实现了人类首次借助意识控制飞行器；今年5月，德国科学家展示了7名飞行员如何用大脑精准地操控飞机飞行；6月，美国俄勒冈大学科学家开发出一种设备，声称能够实时监控记忆，看到一个人正在思考的事物。 “其实，此次实验和之前科学家们进行的脑机接口实验原理是完全一样的。”洪波说，“不过，此次有创新的点，是他们还能够通过磁刺激再把信息传递给人脑，并读出其中的含义。” 成功尚远 目前，脑机接口的实验方式分为有创式脑机接口和无创式脑机接口。前者是将微电极植入大脑皮层中，探测神经细胞的放电，从而实现脑机交互。“世界第一位尝试的病人，是美国人马修，他的大脑中被安装了一个4毫米×4毫米的电极（96个探针），负责接收大脑中发出的电脉冲信号。然后电极将信号送出，通过计算机解读。这样马修就可以控制计算机光标，甚至玩游戏。”洪波说，“但是其中有个关键的问题，这个微电极经过一段时间，会被电极附近的胶质细胞包围。这意味着微电极再也无法接收从大脑发出的信号。只能再次通过手术将其取出。” 而对于无创式脑机接口来说，虽然比前者实现更容易，但是因为大脑皮层传递出的信号有限，因此只能解读出脑电波波动较为剧烈的信息，例如与手脚运动相关的信号。 不过，美国得州理工大学脑科学讲席教授、脑成像研究院院长唐一源告诉《中国科学报》记者：“有最新研究发现通过脑电波或脑激活模式可以比较准确地解析大脑声音、词汇和图片等信号。用意念控制机器应该是‘人机接口’的一种形式，而通过人的脑电波作为一种信息载体实现人和人之间意念传递是另一种复杂现象，需要系列科学实验来验证。”沈政也表示：“人类的大脑活动还是太复杂了，在思考时脑电波变化快，机器无法捕捉。”看来，真正的意念交流依然尚需时日。 控制谷歌眼镜的App 脑机接口，意念控制，其实这并不是医学特有的领域，越来越多的IT企业也加入这一行列。7月，有外媒报道，一家名为This Place的英国科技公司开发了一款名为MindRDR的可以与谷歌眼镜联系在一起的App应用，用户可以利用其实现脑波控制谷歌眼镜。 以前对谷歌眼镜说一句“OK Glass!”即可开始录影，对很多消费者来说符合高科技产品的酷炫特征，但配备上MindRDR后，脑波即可控制行动，你的谷歌眼镜会显得更高大上。搭配一个连接谷歌眼镜的头戴硬件，MindRDR即可在谷歌眼镜上使用，硬件内置了一个Neurosky 生物传感器，能够监测用户集中精力时发出的脑电波，而该应用可以把脑电波读数反映在相机视图中，当用户集中精力时，读数会随之增加，App应用便会让谷歌眼镜自动拍下你眼前的景象。当用户再次集中精力时，读数再次增加，照片会自动分享到Twitter 上。 但像所有所谓念力控制的硬件一样，MindRDR 目前的功能非常简陋，在现实中也基本上不具备应用的价值。但它只是发展完善前的一小步，未来它可以“训练”人们更好地集中精力，甚至达到用思维玩游戏的程度。 尽管还处于初级发展阶段，谷歌眼镜的脑波遥控有着宽广的使用前景。未来，它将帮助残障人士实现与外界交流。This Place的创意总监克洛伊曾表示，MindRDR将帮助禁锁症候群患者以及四肢瘫痪人士等用谷歌眼镜这样的可穿戴设备与外界进行更多的沟通。
|
| 【打印本页】 |
