西工大腦控研究團隊給你一個「意念控制」的世界

西工大新聞網5月3日電 （記者 劉建平 鄭真 李旭 劉立維 攝影記者 司哲）最近的好萊塢科幻電影《環太平洋2》正在熱映，片中主人公深處機甲戰士身體內，通過一條神奇的「管子」與機甲相連，而機甲似乎理解「主人」的心思，可以讓「主人」隨心所欲的控制，就好像是控制自己的身體一樣。片中有一句臺詞「神經元融合度越高，機甲的戰鬥力越強」，也道出了人機融合的關鍵所在。

雖然電影只是人類的一種娛樂和消遣的方式，但這類科幻電影反映的卻是人類對科學技術，特別是顛覆性技術的一種嚮往。上述影片體現的是人類對「腦控」技術的渴望（包括以前大熱的電影《阿凡達》）。可喜的是，人類對「腦控」技術的研究與實踐已經取得了巨大的進步。特別是近年來，可謂「大熱」，這個在一些國內綜藝節目中可見一斑。

有網友提出：「我最需要的是一輛像「平衡車」一樣（平衡車採用的是人體重心控制），用我的「意念」來控制的代步工具，走、停、加速、減速、轉彎等，我想一想就能實現，那不是很酷……」

這個問題，記者特意採訪了本文的「主角」西北工業大學電子信息學院的謝松雲教授，謝教授的答覆是:「以目前團隊的技術水平，研發這樣一款實驗產品是完全可行的。」

顛覆性技術革新：多種誘發模式相結合的腦控技術

在謝教授團隊的實驗現場，團隊向眾人表演了驚人的一幕：控制室裡的實驗人員戴上一個「科技感」十足的「帽子」，面對著屏幕，無需操作任何，只是認真的盯著屏幕……在室外的空地上，一架無人機緩緩滑行、起飛，按計劃繞過障礙物飛行，成功降落……，如果沒有謝老師的講解，我們很難相信，無人機每一個動作是由實驗室人員的「大腦」直接控制的。

在此科普下基本原理：所謂的「意念控物」是通過採集腦電波，然後用某種裝置對腦電進行分析解碼，轉換為控制信號，進而實現對「事物」的控制，這些「事物」可以是設備裝置，甚至可以是生物體。至於腦電波，其實很早就被人類所認識和獲取，人腦神經元活動時就會產生電信號，這些信號相疊加，就形成了腦電波。

謝教授表示，要想實現高質量的控制，最關鍵、難度最大的就是對腦電波的提取、分類與識別，也就是所謂「腦功能特徵」的提取。通俗一點講就是需要知道大腦想要做什麼，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出來。

在利用腦電波進行控制時，「腦特徵」的產生通常是需要有特定的激發方式，又可稱為誘發模式。就目前腦控技術的應用來看，絕大部分處於單一模式的水平，也就是只能提取一類腦特徵，所轉換的控制指令即「自由度」十分有限的，限制了意念控制的能力和發展。最簡單的意念控制是利用一個「腦特徵」，也就是只能得到兩種狀態，比如通過檢測腦電波的「有」或者「無」，「強」或者「弱」，相應的控制也只能體現出「啟動」或者「停止」、「快」或者「慢」等類似的兩個狀態。目前，應用最多的就是基於注意力、專注度的腦控，腦控讓玩偶動起來就是典型的案例。

顯然只有單一模式腦特徵的提取與識別遠遠不能滿足人們的對腦控技術的渴望期待。在現實中對物體的控制需要更多的控制狀態，比如上述提到的腦控平衡車，走、停、加速、減速、轉彎等至少需要5到6個特徵量。正是基於這種需求，謝松雲教授團隊長期致力於該方面的研究，經過十多年不懈的努力，團隊研發出了多種誘發模式相結合的腦控技術，目前已經可以做到3種誘發模式、7種腦特徵的提取與識別，更多模式的腦特徵的開發與利用近期也將攻克。

千萬別小看這幾個腦特徵的增加，這可並非簡單的數量增減，而是腦控技術應用領域一個「質」的變化，可以說是一種「顛覆性的技術革新」！

講到這裡，大家應該明白腦控無人機繞障礙飛行的技術含量和意義了吧！而相對於腦控無人機，上面提到的腦控平衡車的難度還有所不及。

謝教授告訴我們上述系統中對於腦特徵的誘發，主要採用了三種模式：視覺刺激、運動想像、事件想像。

視覺刺激，通過閃爍的燈光等形象變化，刺激視覺反應，從而激發出相應的腦特徵信號。這種刺激固然有效，但也有弱點：需要外加刺激裝置，容易導致視覺疲勞，從而降低控制精度。

運動想像，無需外加刺激裝置，只通過大腦進行特定任務的想像，刺激相應的腦區域，激發出相應的腦特徵信號，通過分別想像人體進行左、右手運動等動作，激發出不同的腦特徵。克服了視覺疲勞的問題，但缺點是對於提取腦特徵的精確度要求很高，個體差異很大，不容易掌握。

還有一種方法叫「事件想像」，通過聯想不同事件，誘發出不同的腦特徵信號。這種方法雖然抽象，自由度卻很高，適用範圍也相當廣泛。

目前可以提取的7種腦特徵的誘發模式就包括4種視覺刺激、2種事件想像，結合眨眼，形成了多種誘發模式相結合的腦控技術的應用。目前，團隊的相關技術已形成了18件專利。

「腦機一體化」概念的提出 推動腦控技術實際應用

儘管實現了多模式腦特徵的提取，由於腦機接口的一些固有的局限性，如速度慢、正確率不夠高，是國際上在腦控技術方面的一大障礙。為解決這一問題，謝教授團隊率先提出了「腦機一體化」的概念，該概念的提出有力的推動了腦控技術的實際應用。

什麼是「腦機一體化」？通俗來講，就是通過腦機接口將大腦的智力和基於計算機技術的人工智慧結合起來，將大腦作為計算機控制系統的一個組成部分，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，用於對各種設備與系統的控制。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。這樣可以大幅度的提高系統的智能化和適應性。

比如在未來的無人駕駛汽車應用中，汽車的運行主要靠基於人工智慧技術的計算機系統控制的，但是人工智慧系統的「智能」是依靠它所經歷過的場景，場景是非常多的，常規的智能系統不可能遍歷所有場景，這就是當前的無人駕駛汽車發生交通事故的原因。

加入了腦控，可以在可能發生事故的瞬間，及時發出各種警示和模式切換指令，避免了交通事故，提高了靈活性。這種模式充分發揮了人腦和智能技術各自的優勢，更加有利於「腦控」技術向實際應用中的推廣。

也正是基於這樣的理念，謝教授將長期理論研究的成果應用於實際的腦控技術。比如，在腦信號採集方式上。腦信號的採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，這種方式採集的信號強、穩定性強。但顯然，這種方式會對人體造成創傷，除非特殊情況，否則很少有人願意接受這種方式。

另一種就是「非侵入式」，也就是我們見到最多的，在頭上佩戴一種腦電檢測裝置。相比之下，由於「非侵入」式裝置穩定性不強，要想獲得穩定的特徵信號，通常需要較多採集電極的方式，然而多導聯裝置會由於穿戴不方便限制了推廣應用。

謝松雲教授帶領的團隊成功突破了這項難題，在少導聯精確性上做出多項創新，提高了信號傳輸的精準度與實時性，在相關技術上達到國際先進水平，推動了腦控技術向實際應用領域的巨大進步。

技術現期應用和前景

如此炫酷的技術，從構想到普及還有多遠呢？謝教授給了我們激動人心的答案：已不遙遠。

隨著世界範圍內掀起的「腦控」熱潮，核心技術的突破，即腦特徵採集分析已經不再遙不可及，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。

該系統應用前景廣泛，從人們的日常生活、健康醫療，到教育教學、遊戲娛樂都能覆蓋。謝教授帶著記者，對未來的全智能生活做出了美好暢想：

最實用的應用就是殘障人士、老年人的輔助設備了。目前一些傳聞中的「腦控」設備，實際上是由肌肉控制的，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控制，價格高達數百萬美元。未來的殘疾人輔助設備，如果採用「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，有的研究人員提出一款意念遊戲，可延緩老年痴呆症。這被視為人工智慧與腦科學的「跨界整合」。用在出行方面，當下熱門的無人駕駛汽車，如果安裝一套腦控設備，可以大大提高無人駕駛技術的安全性，解決該技術推廣應用的最大障礙。

在前景無限美好的背後，是科學家不懈、辛勞的努力，很多看似簡單的道理實現起來非常難，腦控學科屬於典型的新型交叉學科，涉及神經生物學、信息學、自動化、計算機、心理學、醫學、哲學等，而且在實驗階段不同的實驗主體受心理因素影響幹擾也較大，想要驗證出穩定的結論難度巨大。

但謝松雲教授團隊一直沒有放棄，用她的話來說：「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」。

人腦構造之複雜、神秘，千百年來一直是未破解的迷宮，所幸如謝松雲教授團隊這樣的科學家，從未停止鑽研的腳步，不斷挑戰不可能，革新研究手段，讓人類更加了解科技，也更了解自己。正因為他們的努力，神奇的科幻大片才能美夢成真，在現實中上演。或許我們可以期待，在不久的將來，人們終將開發大腦更多潛能，心之所向，無所不往。

（審稿：喬彩燕）