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清华研制成功脑机接口系统 可通过大脑控制外物
发布时间:2020-06-29 00:51    文章作者:德扑

  曾经,我们在电影、小说中看到“意念移物”的神话;曾经,我们将“意识的作用”当作是无稽之谈……

  据介绍,这套系统现在的原机价格大概在六七千元,成批生产后,可能只需两三千元。

  一块约2米长的绿色地毯上,一只红色的机器狗守着球门,另一侧一只白色的机器狗越过阻挡它的纸杯,渐渐地接近球门。只见白色机器狗灵巧地躲过“守门员”红色机器狗,将球“踢”进了球门。

  令人惊奇的是,机器狗踢足球的行为是由两名戴着特殊电极帽的学生用“思维”控制的。这是清华大学医学院神经工程研究所的专家们昨天用他们研制成功的“脑-机接口”系统做的一项有趣的演示。

  据了解,学生们之所以能够实现用“思维”让机器狗踢足球完全是因为有了脑-机接口,它由电极帽、脑电波放大器和一台计算机信息处理器三部分组成。

  据负责该项目的洪波博士告诉记者,人在思维时大脑皮层会出现特定的电活动,在头皮记录到的这种电活动通常叫做脑电波。这些电波可以借助高性能的生物电信号采集系统以及专门设计的计算机算法(比如电极帽),把这些特征实时地提取出来,并进行自动分类,从而实时判断出当前人所处的思维状态。然后再通过计算机将判断出来的思维状态可以翻译成预先设定的控制命令,通过无线网络发送出去,从而实现人脑对计算机、等外部设备的直接控制。

  通俗地说,你只要戴上特殊的电极帽,经过较短时间的训练,就可以通过大脑想象自己的肢体活动来直接控制机器狗的运动。

  据了解,解读脑电波信号的最大挑战在于脑电波十分微弱,通常在头皮检测到的电压大约只相当于普通干电池的十万分之一,而且其中有用的信号常常淹没在杂乱的背景噪声中。

  最近几年来,清华大学的这个研究小组发展了一套国际领先的信号处理和模式分类方法。今年年初,他们采用这套方法成功实现了实时解读大脑运动皮层信号的脑-机接口。这个新系统不再需要任何外界的视觉刺激,只需想象自己的肢体运动,计算机就可以通过脑电波判断出你在想的是什么运动,并翻译成相应的控制命令,来控制家电的开关或者机器人的运动。本文开头提到的机器狗就是通过这样的系统,由人的思维控制其在“绿茵场”上左攻右突,命中目标的。

  据了解,目前美国和德国也已有类似的系统,但洪波肯定地告诉记者,清华研制出的该系统在信息处理的准确率上领先国际水平。据他透露,清华大学医学院神经工程研究所的这个研究小组在处理和解读神经信号方面已经进行了近20年的研究。

  研究所负责人高上凯教授告诉记者,1999年他们在国际上较早研制成功了解读视觉脑区信号的“脑-机接口”系统,并创造了每分钟60比特的最高通讯速度,即每分钟可以用脑电波向计算机中输入18个数字,也就是说可以在一分钟内用脑电波轻松拨出一个手机号码。而国际上同类系统的速度一般在25比特左右。

  清华大学医学系生物医学工程系副教授洪波头戴电极帽向记者演示了他们的脑控电话拨号系统。

  首先,他先目视电话拨号系统,然后开始用他的思维拨号,他的前方是一个特殊的电线键,还有两个字母“B”和“C”,12个键不同频次地闪烁。“每个号码都有编码,看1和2或者任何一个数字感觉都不一样。”一分钟左右,被演示的手机拨通了。整个过程没有借助任何人体接触,都是靠大脑来完成的。

  据洪波副教授介绍,戴上电极帽就跟戴一顶普通的帽子没什么两样,惟一不同的是,只要戴上此帽子,人就会不由自主地集中精神,“我当时就只有一种想努力控制设备的愿望。”

  当然,此操作必须远离冰箱和一些比较大的电器,因为系统信号会受到影响而变得工作慢和效果不好。

  记者:若长时间戴电极帽是否会更改人脑脑电波的正常运行?或改变人的思维?是否会对人产生辐射危害?

  清华大学医学系生物医学工程系副教授洪波:不会,因为大脑本身就存在一些信息,该系统只是记录这些信息,不会影响人的大脑正常工作,也不会改变人的思维。他告诉记者,由于该系统不向大脑施加任何电和磁,所以不会像手机那样产生电磁场影响人体大脑的活动,更不会对人体有辐射作用。

  记者:这种科技以后是否会大量使用,是否将来人可以不用敲字,而直接使用思维把想要的文章反映在电脑上?

  洪波:该技术目前还存在两方面的不足,所以现在还不能广泛使用而且使用面还比较狭窄。如果这两个技术得到改进,人们就完全可以不用敲字,直接使用思维把想要写的文章反映在电脑上。而且经过改造,这样的系统也可以用来浏览网页、操控家电等。

  目前该系统的不足主要是:一,速度不快,跟直接敲字有相当差距;二,由于需要一定的视觉刺激来增强脑电波,所以在输入时会有闪烁的感觉,不如敲键盘自然、舒服。

  洪波:这项研究最初的想法是帮助那些丧失了运动能力但大脑功能正常的残疾人,让他们通过这样的系统用自己的思维直接操控轮椅、假肢,甚至使用计算机。但目前这一研究已经成为新兴交叉学科——神经工程的核心研究领域,这项技术不仅在残疾人康复等方面,在军事、人工智能、娱乐等方面的应用也初见端倪。

  当然,人类离完全解读思维的奥秘还有很长的路要走,也许这个过程将是无止境的,我们目前的工作也只是掀开了人类简单思维活动的一角,并通过工程方法的创新找到了应用。目前实验室已经和国内一些医学康复研究机构开展合作,研究如何利用这种系统帮助残疾人提高生活质量或者加速康复。

  记者:估计运用到生活中后,这样的一套设备需要多少钱?这个仪器放置的距离和控制成果有潜在关系吗?

  洪波:目前脑-机接口系统由三部分组成:电极帽、脑电波放大器和一台计算机做信息处理。将来该系统可以精简到两部分,脑电波放大器和信息处理器将合并在电话机那么大的盒子里,统称为信息处理器。

  现在,此产品的原型机的价格在6000—7000元人民币,如果成为产品批量生产后,我们希望价格在2000—3000元人民币之间。

  另外,仪器放置的距离跟脑电波解读没有关系,只跟无线通讯方式有关,比如,红外比较短,无线比较长一点。

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