Tuesday, November 29, 2011

腦電波

腦電波「隔空取物」將成現實:想到就能做到

(倫敦二十八日電)你只需輕鬆躺在床上,動動腦海中的念頭,就可以「隔空取物」---這原本是不少科幻片中描繪的超能力,如今卻將成為現實。不用鍵盤和滑鼠,無需肌肉運用,僅僅靠大腦的意識就可以成為控制信號,進而操作電腦,完成我們想做的任何事,這便是最近在廣東科學中心參觀「大腦展」時,發現的一項研究課題。研究者稱,已能通過電極連接大腦皮層,從而實現用大腦意識操控電腦,指揮一隻機械手完成簡單動作。假以時日,人們常說的那句廣告語「你能想到,就能做到」,看來並非虛言。

瞭解大腦構造,便知工作原理

最初的人類大腦跟蜥蜴大腦差不多,都包括腦幹、小腦和基底神經節等基本構成部分,它們負責處理基本的身體功能,如呼吸、平衡和協調,以及簡單的生存衝動,如餵食、交配和防禦;逐漸進化而來的邊緣系統,則包括腦扁桃體、海馬體、下丘腦、扣帶皮層和其他邊緣區域,它們慢慢改善了我們的情感和記憶;最後進化完成的大腦皮層,則有助於我們制定規劃、預測後果和使用語言。

一個成人大腦的重量約為1.4千克,僅約等於一個小哈密瓜的重量。大腦由細胞組成,除了基本結構細胞外,還有一部分神經元細胞。神經元細胞承擔了使人類思考、感知和行動等大部分工作。而人腦內約有1000億個神經元,每個神經元都至少能和其他1000個神經元相連。假如把這些神經元想像成彈珠,那麼大腦中的神經元足以填滿整個紐約公立圖書館。

神經元具有跟普通細胞與衆不同的特殊結構,由細長的臂狀物彼此相連,並通過電化學信號實現高速通訊。大腦每個神經元每秒可發送1000個信號。這些信號從一個神經元傳送到另一個神經元的速度高達400公里/小時。信號神經系統會産生電流,大腦信號産生的電壓很小,甚至不及普通手電筒筒電池電壓的1/10,但腦細胞正是通過這些電流實現交流的。

研究者通過皮層腦電圖(EcoG)技術,在人類大腦表面裝置一排電極,雖然不直接接觸神經元,卻因為距離近,足以測量到神經元的信號。利用這些電極或記錄裝置對腦細胞「監聽」,當腦細胞神經元發揮某項特定功能時,電極便會以相應的高頻率進行交流、共振或同步。電極甚至可以觀察神經元在千分之一秒內的啟動情況,遠快過其他監測大腦活動的方式。運算功能強大的電腦,通過對電極相應資料的記錄,便可以對人腦的某些具體指令進行定位,然後按照這些指令完成相應任務。

簡單地說,理想的「隔空取物」原理就是電腦接收到人類大腦發出的腦電波,然後自動分析處理相應資料,再根據人腦的想法操縱機器完成任務。

電腦類比視覺,眼睛也可「廢棄」

2002年的《科學》雜誌報導,美國亞歷桑那州立大學研究人員科學家,通過在猴子大腦中植入特殊電極後,這些傢伙竟然可以「通過自己的思維」,不用動「手」就能移動螢幕上的滑鼠指標。隨着實驗次數的增加,這些猴子甚至可以「越發熟練和準確」地操控電腦玩起簡單的電腦游戲。實驗中,這些猴子大腦中負責控制運動的部份神經元附近,被放置了微小的電極。共有50到100個電極被安置在猴子大腦中,但這些「外來戶」的總寬度不超過人的半根頭髮粗細。

2005年底,日本理化研究所宣佈成功研製出一套腦控電腦的基礎系統。這個系統的主要組成部分是擁有約200個電極的腦電波儀,以及處理腦電波所含資訊並指揮游標移動的軟體。其後,俄羅斯神經與電腦交互專案的主管科學家德米特瑞.卡爾洛維斯基也宣稱,他們研製成功一種頭盔,能夠讓「癱瘓者通過這種頭盔裝置將資訊傳達至外部世界」。

這種研究給閉鎖綜合症患者、癲癇患者、老年痴呆症患者等不少行動不便者,帶來一個嶄新的世界。

但順利操控這個系統需要強化訓練。研究人員將腦電波命令人類身體各部位動作時的強弱和游標的移動一一對應。如使用者想「動右手」,左腦大腦皮質的一部分就活躍起來,電極捕捉到這一變化後就使游標從右向左移動;反之,一旦考慮「動左手」,游標就從左往右運動;想「右腳」,游標向上;想「左腳」,游標朝下。通過這種訓練,實驗者慢慢掌握了不動身體僅靠想就能産生腦電波的要領。結果顯示,游標按照所想的內容移動準確率達70%至80%。

研究人員稱,如果在電腦螢幕上顯示字母軟鍵盤,用腦電波操作游標移到某個字母處並停留幾秒鐘,就能輸入這個字母,這樣的話,文字輸入也成為現實,將來殘疾人也能使用電腦,並可依靠腦電波操縱家用電器。因為電極可以收集大腦資訊,也可以直接把資訊傳入大腦,所以人類不用眼睛,也能「看」到電腦類比視覺神經生成的圖片。

科技産品「解放」了肢体,你是否願意消費

這種新科技其實已「允許」我們改造我們的大腦,研究者們似乎希望最終揭示人腦的一些工作原理,從而完全複製一個人造大腦。因為這牽涉到倫理問題,始於上世紀70年代美國國防部資助的這類「生物控制」工程,曾一度於上世紀80年代初期中斷。

當然研究最終得以繼續,已有過在大腦中植入電極實現操作的報告,還有不少延展性實驗,包括利用人造海馬體恢復中風病人的記憶;利用電腦對老年痴呆症患者的大腦進行修復;用藥物刺激大腦,消除患者疼痛、減少睡眠需求、控制食慾和體重、改善記憶、防止衰老,甚至提升幸福感、提高智商等。不過,人們仍在懷疑,如果這種技術成為現實,又在你的經濟能力範圍內,你會願意消費嗎

其實游戲玩家們早就開始嘗試這種「意識控制」的新游戲了。未來這類游戲可能會「連體感動作都去除了,只需用意識來控制就好」。加州矽谷的一家公司曾在2008年2月推出一款名為「MindSet」的「腦波控制頭盔」原型産品,號稱不僅可以根據使用者的心智狀態來操控電腦,連游戲機與手機也可以根據此模式運用自如。2010年美國加州三藩市的神經科技公司又推出一種綽號「神經頭盔」的意念控制器,使用者戴上之後,只需起心動念便可以操控眼前的電腦,透過意志和情感控制電玩游戲中角色的動作。該産品的定價為299美元。該公司還特別設計了一套電腦游戲和相應軟體,讓使用者更快融入「意識控制」的世界裡,並逐漸擴大「神經頭盔」的使用範圍。

最近,德國柏林自由大學人工智慧應用AutoNOMOS小組成功研製出一種由大腦意識操控汽車的裝置。駕駛者戴上一個具有16個感測器的特殊帽狀結構,能夠接收到大腦的電磁信號,所裝配的感測器可通過無線技術與汽車的電子元件建立連接。在駕駛時只需「想到」向左或者向右,汽車便進行即時回應。系統通過攝影機、雷達和鐳射感測器等設備,還能夠在駕駛者大腦裡形成其周圍的全景3D圖像。研究者在設置大腦意識作為無手操控汽車的最佳方法之前,先使用iPad和視線軌道裝置進行了測試。他們稱,目前這種汽車僅是一種「檢驗概念」,距離大腦完全自如控制汽車仍有一定的差距。

相信很快,就輪到你我親自去體驗了,你準備好了嗎 ?

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