智能頭箍進校園:是教育利器,還是智商收割機?

儘管智能頭環距離成為教學利器的一天還尚遠，但我們也不需要被視為洪水猛獸。腦機接口技術在醫療健康領域有著十分重要的應用，而便攜版的智能頭環完全可以以有益的方式進校園。

智能頭箍走進校園，圖片來自新京報

撰文 | 李莘莘（帝國理工大學博士後研究員）

責編 | 葉水送

前一段時間，有一些關於智能頭箍的新聞，引起網友哀嚎遍野：黑鏡的世界要來了，這些沒良心的技術人員，連小朋友都不能放過嗎？這些看起來有點像「黑科技」的頭箍究竟是什麼技術？能不能監控注意力？是不是真的會把我們心裡的小九九發送給班主任？我們是不是妖魔化了一項前景可觀的技術，冤枉了相關的研發人員？接下來讓我們把這些問題逐個擊破。

這麼簡單的頭箍就能採集腦信號？

頭箍或頭環就是一個測量腦電波的傳感器，本質上跟我們去醫院測心電圖貼的連著電線的電極片和能測心電的小米手環、Apple Watch沒有本質區別。商用的腦機接口傳感器大部分都是類似的頭箍或頭環形狀，只有幾個電極和研究用的20~40個電極的全頭式傳感器在外觀上雖然區別很大，但仍舊是實打實的腦信號採集系統。

實驗用的腦信號傳感器是「溼電極」，需要把一種特殊的膠水注射到頭皮和電極之間增強導電性。有頭髮的朋友想像一下滿頭都是膠水，捂在一個不透氣的尼龍口袋裡有多難受，所以這種溼電極是很難應用在日常生活中的，所以商用的頭環往往都是乾電極，但沒有膠水作為頭皮和電極之間的橋梁，乾電極數據質量可能就無法保證。

現在部分智能頭環的核心技術就是它「半乾不溼」的凝膠電極，比完全乾的乾電極信號質量要好，同時避免了溼電極擠膠水的不便。

即使是使用全溼的實驗電極採集腦信號，為了保證信號質量也會儘可能讓電極貼緊受試者的頭皮，在腦機接口實驗中，實驗對象被勒得頭太痛需要終止實驗的情況時有發生。

所以，有報導提到了「有學生說帶上頭環會痛，也有學生覺得帶上之後感覺額頭上有個印緊緊的壓在頭上」，說明這種新型的凝膠電極存在使用時間太長會引起不適的問題 [1]。

我們的小九九已經瞞不住了嗎

比起擔心頭箍 「不好使」，公眾的擔心更多集中於頭箍「太好使」，如果頭箍把小心思實時傳輸給老師和家長，那麼小朋友的隱私如何保障？我們的思想意識無處遁形的一天是不是已經來到了？

當然，對於任何監控類的技術，對其背後的倫理考量都是十分有必要的，但是就目前腦機接口技術的水平來看，我們還不必過於恐慌。

近年來走進公眾視野的腦機接口技術很多，比如腦電波控制無人機或者小老鼠走迷宮，這些研究被冠以 「意念控制」 的名頭。但目前腦機接口技術可能與我們心中的或科幻作品描繪的 「意念控制」 還有很大區別。讓我們以2016年央視《挑戰不可能》節目中浙江大學科研團隊的腦機接口操控小老鼠走迷宮的技術為例。節目中，來自浙江大學的黃同學戴著「頭箍」，利用腦信號給小鼠發送指令，遙控小老鼠通過了迷宮。完成任務之後，黃同學和董卿的一段對話正好反映這項技術和我們想像的 「意念控制」 的不同。

正如董卿所問的，黃同學並不是在想像具體小老鼠該怎麼走，而是通過想像左手和右手的運動，讓小老鼠左轉或右轉。至於向前走，則是利用眨眼產生的眼部活動電流——其實這已經算「作弊」了，畢竟眨眼已經是一個肌肉動作而不是僅存在於腦海裡的意念。

前幾年火遍全網的腦機接口控制無人機的技術也是類似，直升機向左和向右飛行靠的是左手右手的運動想像，向上飛行靠的是想像兩隻手同時握緊，向下則是放鬆狀態。

簡單地總結一下，就是小鼠或者無人機的指令雖然來自腦信號，但卻是幾個特定的腦部活動產生的腦信號。我們並不能靠心裡默念著「小老鼠往左走吧」，就讓小老鼠就往左走，默念 「飛機向上飛」，就讓飛機向上飛。

那麼問題來了，這些技術算不算意念控制？以鋼鐵俠託尼·施塔克的標準來看：不是。

假如鋼鐵俠想向左飛行的時候都需要花十秒鐘想像一下左手握拳的動作嗎，那麼鋼鐵俠需要左手握拳揍綠巨人的時候，你讓他想什麼好呢？

究其原因還是因為現階段腦機接口技術手上的牌實在太少了，算法成功解讀人類主動調控的大腦活動非常有限，因此左手跟右手一個運動想像和專心發呆時的alpha 波變化，這幾種識別成功率較高的腦部活動只能被反覆利用，在看似五花八門的應用場景下轉換成不同的指令，但其實是打來打去還是那幾張牌。

對於想成為鋼鐵俠的小朋友來說這或許是個壞消息，但對於戴著頭箍上課的小朋友來說畢竟還是個好消息，你們大可不必擔心上課的時候在心裡默默吐槽老師的內容被同步推送到老師和爸爸媽媽的手機上。

那麼，智能頭環是教學利器嗎？

既然我們現在還不用擔心智能頭環會監控小朋友們的想法，那麼智能頭環是否真的能成為父母或老師的教學利器呢？

智能頭環的核心是神經反饋技術，也就是通過分析頭環採集的腦信號實時檢測用戶是否注意力集中，然後利用信號燈或者視頻遊戲的方式把信息實時反饋給用戶，以達到督促用戶的目的。神經反饋其實已經不是什麼新技術，有很多研究表明神經反饋在注意缺陷多動障礙（ADHD）治療上不錯的效果 [2]。

但針對 ADHD 兒童的治療效果顯然不能和普通的健康兒童的課堂表現混為一談。因為針對 ADHD 兒童神經反饋治療目標很單一，就是讓用戶把注意力集中在實驗中的某個遊戲或某個任務上的時間越長越好。

但小學課堂是更加複雜的環境， 老師會讓小朋友們站起來回答問題，或者讓小朋討論，不同任務的切換讓頭環注意力檢測的可靠性下降，或者不那麼具有參考價值。

更重要的是，目前的腦機接口技術雖然可以檢測用戶是否注意力集中，但是很難區別用戶的注意力集中在什麼地方。假如學生上課高度集中注意力地看漫畫或是沉浸式的發呆，甚至於昏昏欲睡，頭環都可能誤認為用戶注意力高度集中。

來自麻省理工學院媒體實驗室（MIT Media Lab）的三位研究人員曾經發表過一項基於48個實驗對象的研究，研究表明頭環技術可以提高實驗對象的課堂表現，這篇文章也經常被用來作為智能頭箍課堂效果的證據 [3]。

但這項研究依舊存在同樣的問題，實驗設置聽課環境十分簡單和單一，研究者讓實驗對象獨自觀看教學視頻，這是一種互動較少的聽講座的形式，與小學課堂大不相同。

除了環境極其簡化和樣本數量不足之外，這項研究還有一個最重要的問題就是，研究人員沒有提供合理的對照組，所以頭環可以提高用戶課堂表現的證據從目前來看是非常薄弱的。

儘管智能頭環距離成為教學利器的一天還尚遠，但我們也不需要被視為洪水猛獸。腦機接口技術在醫療健康領域有著十分重要的應用，而便攜版的智能頭環完全可以以有益的方式進校園。

如果我的孩子所在學校採購了這款頭環，以科技課之類的方式讓孩子參與到這些神經反饋遊戲中，我是贊成的；甚至於如果學校和相關研究機構通知我，是否願意讓孩子作為實驗對象的參與研究，在實驗設計合理情況下以及孩子同意的情況下，我也樂於讓孩子參與，無論她被分配到實驗組還是對照組。

但前提是，家長應被充分地告知智能頭環的局限性。

在育兒焦慮當道的今天，如果學校和相關商家在向家長介紹的時候把這款頭箍介紹成改善孩子注意力和提高學習成績的利器，大部分家長都會樂於讓孩子體驗這樣的產品，並且迫於怕孩子落下了的壓力，有可能會後續購買類似的產品。然而，類似的體驗案例可能又會被商家包裝成產品的買點，用於未來說服更多的學校、學生和家長選擇這款產品，構成一個雞生蛋蛋生雞的循環論證陷阱。

就目前的技術水平，智能頭環和類似的商用腦機接口設備就像樂高、遊戲手柄或者手環，以及大量編程類益智遊戲一樣，可以成為有興趣且經濟條件允許的家庭一個寓教於樂的選擇，而不是「教育軍備競賽」中利用父母育兒焦慮的智商稅收割機。

參考資料

1. https://www.qbitai.com/2019/10/8514.html?dt_dapp=1

2. Brain-computer-interface-based interventionre-normalizes brain functional network topology in children with attention deficit/hyperactivity disorder (Xing Qian, Beatrice Rui Yi Loo, Francisco Xavier Castellanos, Siwei Liu, Hui Li Koh, Xue Wei WendyPoh, Ranga Krishnan, Daniel Fung, Michael Chee, Cuntai Guan, Tih-ShihLee, Choon Guan Lim, Juan Zhou), Translational Psychiatry (Nature Publishing Group), 8(1), 2018

3. Nataliya Kosmyna, Utkarsh Sarawgi, and Pattie Maes.2018. AttentivU: Evaluating the Feasibility of Biofeedback Glasses to Monitorand Improve Attention. In Proceedings of the 2018 ACM International Joint Conference and 2018 International Symposium on Pervasive and Ubiquitous Computing and Wearable Computers (UbiComp '18). ACM, New York, NY, USA,999-1005. DOI: https://doi.org/10.1145/3267305.32741.