香港高校研製腦機接口系統 讀腦電波顯示繁體中文

2020-12-11 中國新聞網

  香港中文大學成功研發 將腦電波轉成繁體中文

  心想「字」成?

  昨日一條消息惹人關注——香港特區政府日前宣布:香港中文大學成功研製出將腦電波轉換成繁體中文的 「腦—機接口」系統。

  心想「字」成?據介紹,該系統可令嚴重癱瘓的病人重拾表達能力,目前研究項目已列入特區政府信息科技總監辦公室《無障礙輔助科技研發基金》的9個資助項目。

  如此神奇,那豈非「讀心術」?和霍金的設備,又有什麼異同?

  人們紛紛議論、猜測,饒有興趣,而又疑問多多。

  記者追訪,發現這一技術,國內外早有研究。而一項更為創新的相關基礎研究,在追訪過程中浮出水面。

  今年2月,同為香港中文大學的心理學系助理教授張學新,與其研究團隊證明「人腦存在特有腦電波N200,只在閱讀漢字時出現」,成果刊於代表中國自然科學領域最高學術水平的期刊之一《科學通報》。

  有趣的是,這項研究所發現的中國漢字的獨一無二之處,恰恰可能促進真正的用腦電波心想「字」成。

  用意念寫字?

  腦電波寫字,聽起來很神奇。

  如果真是這樣,那麼把兩個人的腦電波「相連」,豈不是「讀心術」!

  實際上,並非如此。

  專家告知,將腦電波轉化成繁體字,所用原理,與用手機鍵盤「筆畫輸入法」類似:戴上無線腦電波接收器,面向計算機屏幕上的中文筆畫輸入接口,當注意力集中到不同方位時,就能在屏幕上先後選橫、豎、撇、捺、勾五種筆畫,然後將中文字逐筆寫出。

  說白了,就是利用腦電波在注意力集中到不同方位時,會產生的不同 「波段」,去對應「打」出不同的筆畫,從而組成一個個的字。

  而 「打字」速度,除了與「腦—機接口系統」的傳輸快慢有關外,主要和「輸入法」的功能有關,比如「詞組聯想」功能,輸入「人」,就能跳出「類」、「們」等字供選。目前,類似於「你好」等簡單的詞語,由接受、識別到翻譯過程完成,需要3至5分鐘。

  另有業內人士告訴記者,「腦—機接口」設備讀取腦電波並不穩定,因為影響人腦電波的因素很多,比如情緒、周圍環境的噪音等。

  而清華大學生物醫學工程系教授高小榕告訴記者,人若要真正用好這臺設備,需要一定的「訓練」。

  和霍金一樣嗎?

  原來,不是用意念在寫漢字。

  另一個問題隨之而來,那和物理學家史蒂芬·霍金那套「神奇」的設備一樣嗎?

  「當然不同。」高小榕介紹,前幾年,霍金有3根手指頭能活動,可以用特殊「鍵盤」打字;而今進一步「退化」的霍金,只能藉助唯一能動的「臉部」來打字。

  「臉部」也能打字?「霍金輪椅上的電腦,自帶攝像頭,能監控霍金臉部的動作,26個字母飄過屏幕,霍金只需在恰當的時候,動動臉,就能選擇字母,進而打字,讓機器發音『說話』。」高小榕說。如此操縱計算機打字,打出一個句子,往往要數分鐘。

  霍金溝通費力,但也不至於很慢。據專家介紹,英語輸入法中的單詞「聯想功能」更準確快捷,霍金平時使用的是「小詞庫」,多是常用詞語。

  看來,霍金的「神奇」設備,和「腦—機接口」有所不同。若霍金的病情進一步加重,他就可能要用上「腦電波打字」了。

  據媒體上月報導,霍金在去年夏季開始佩戴「新裝備」,即一種讀取腦電波的神經裝置,如果該設備實驗成功,未來霍金可以由此用腦電波「說話」。

  技術上不稀奇?

  照著專家的指點,記者上網搜索「腦—機接口」(簡稱BCI),發現類似的研究國內外皆有。

  而腦電波轉化為漢字,也非香港中文大學的研究團隊首創。香港中文大學心理學系助理教授張學新告訴記者,該研究團隊利用了近些年積累的技術,研製並非「一日之功」。

  據高小榕介紹,清華大學類似的研究團隊在3年多前,成功將腦電波轉化成簡體中文。他們使用的是 「拼音輸入法」,腦電波偵測捕捉技術上,與香港同行類似。

  對「腦—機接口」學界而言,這樣的技術,並不新奇。2006年,清華大學醫學院神經工程研究所的專家們已利用這個系統,讓大學生經過短時間訓練,戴上特殊的電極帽,「思維」控制機器狗踢足球。2010年,「首屆中國腦—機接口比賽」在清華大學舉辦,用腦電波「控制開關」、「輸入字符」、「控制自動車」成為比賽項目。

  高小榕告訴記者,1999年 「腦—機接口系統」的概念剛剛被明確定義,清華大學所研製的系統創造了每分鐘60比特的最高通訊速度,即每分鐘可以用腦電波向計算機中輸入18個數字,1分鐘內用腦電波撥打一個手機號碼,技術成熟程度世界領先。

  目前,清華大學研製的腦電波轉化漢字的設備,還處於「演示階段」,曾廣為媒體報導的「漸凍人」吉林青年王甲,正試用這套設備。霍金也曾「回信」鼓勵過王甲。

  張學新告訴記者,香港中文大學研製的設備,一旦上市,價格大約是5000元左右。

  「寫」中文比較難?

  記者向專家反覆求證,是不是「寫」中文比較難?

  並非如此。專家稱,用腦電波輸入中文,或是輸入英文等拼音文字,技術上差距並不大——將字母在屏幕不同方位分組,偵測大腦關注不同區域所產生的不同腦電波,即可選擇字母打字。

  顯然,輸出英文和漢字的「腦—機接口」技術類似。

  不過,閱讀漢字時的腦電波,和閱讀拼音文字的腦電波略有不同——張學新和研究團隊,在約3年實驗之後,捕捉到了「N200」。

  何為「N200」?即人在閱讀漢字後約200毫秒,會出現一種獨特的腦電波;而閱讀拼音文字時則不會出現。這表明漢字與字母文字在視覺形態上有巨大差異。

  該成果發表於象徵中國自然科學領域最高學術水平的期刊之一《科學通報》,而且是封面文章。

  與之相關的又一個研究成果同時誕生:「拼義文字」理論。張學新及其團隊,首次提出漢字是世界上獨一無二的拼義文字,強調意義的組合,與拼音文字構成人類文字最高發展階段僅有的兩種類型。

  「字和字拼起來組成詞,看似簡單,其實有很深的科學道理。」張學新所指的「科學道理」,即1968年由國外心理學家提出的語義網絡原理。該原理描述了人腦表達世界知識的根本規律。簡單來說,與人類聯想記憶相關。

  漢字好!為什麼好?從「腦電波」裡,得到了科學印證。

  兩項研究殊途同歸?

  這似乎已經是題外話了。

  張學新將N200與漢字拼義理論結合,這在國內心理學界視為創新。而他少年時代考入中國科技大學少年班,專業為物理;博士學位在美國普林斯頓大學獲得,專業又改為心理學。

  從物理學到心理學,軌跡可謂傳奇。張學新自認,恰恰是這樣的跨學科獨特積累,讓他得此創新。

  復旦大學社會發展與公共政策學院心理學系副主任吳國宏,曾主持點評過張學新在復旦大學的講座,之後對其評價頗高,贊其做出了「中國特色的漢字心理學研究」。

  用吳國宏的話說,張學新「地毯式地在國內高校從南講到北」,絲毫不吝所謂「學術機密」,而且「觀點鮮明,但理性平和,純從科學出發,是真正掌握了科學研究範式的心理學家」。

  評價頗高的原因,更主要是為國內心理學學者 「開拓了一個完全嶄新的視野」。

  心理學誕生於1879年的西方。吳國宏說,中國的心理學研究多是追隨西方,難以超越,而張學新「在接受了西方教育之後再從中國文化入手」,證實了漢字的科學性,是「真正的心理學本土化」。

  跨心理學、腦科學、計算機信息科學,從一個新的角度重新審視漢字的科學性。「他從大量心理學實驗的證據以及大腦神經科學的證據,證實漢字本身就是符合信息加工的語言。」吳國宏贊同張學新「漢字不必拼音化」的觀點——「當今世界所有文字都是拼音文字,都使用不超過幾十個字母來拼寫所有詞彙。唯一例外,是使用數以萬計個漢字的中國文字。中文可否拼音化,即廢除漢字,改用國際通用的字母來書寫?這是個百年難題。而我認為不必。漢字作為華夏文明的象徵,代表拼音文字之外一種本質不同但同樣偉大的發明。」

  不過,該研究到底有何現實功用?

  張學新告訴記者,近景是 「閱讀教育」:雖然N200目前僅在大學生身上得到驗證,但未來研究對象可拓展至孩童,如診斷孩童的閱讀困難、評估閱讀水平等。

  而遠景則可以與腦電波寫字的研究「做一定程度的結合」,殊途同歸——

  或許,有朝一日,將腦電波轉換成漢字的過程不再需要「筆畫輸入法」才能緩慢地將中文字逐筆寫出,而是「根據語義地,想著某段漢字就能迅速寫出」。

  到那一天,就該是真正的「心想『字』成」了。(記者 孔令君 林環)

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