用大脑控制电脑

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所属分类:百科知识2015年

当计算机和网络技术发展到一定阶段,科学家们就希望人脑和计算机更紧密地联接起来,为人类更好地服务。在这种情况下,脑机接口技术诞生了。它的诞生就像人工智能、基因科技和外太空旅行探索等一样,成为全球科技产业发展的趋势以及最值得期待的前沿创新项目,成为了科学家下一步的研究对象。

大脑与电脑相连

  听起来脑机接口技术这个名字很陌生,实际上从字面上看很好理解,就是一种将脑和机器设备连在一起的技术。“脑”是指有机生命形式的脑,“机”是指任何处理或计算的设备,其形式可以从简单电路到硅芯片。具体来说,脑机接口技术是人脑与计算机或其他电子设备之间建立的直接交流和控制的通道。利用这个通道,人就可以直接通过脑来表达想法或操作其他设备,而不需要通过语言或肢体的动作,这是一种全新的通信和控制方式。
  脑机接口有有创和无创两种形式,有创形式即在大脑中植入脑活动捕捉器,无创即在大脑外部设置捕捉器。目前,脑机接口技术面临两个技术难题。第一个难题是通过什么样的方式从人的大脑中获得信息,并对信息进行有效解读;第二个难题是如何把设备植入大脑,并且保证这个设备能够在使用者几十年生活中正常运转。要突破这两个难题,研究界还需要花上很多年时间。科学家研究的目标,是使未来脑机接口技术成为人脑的一部分,就像是计算机的内存一样,可以随时调出来,为人所用。

心灵感应的实验

  在进行脑机接口研究时,往往先在动物身上进行,看看能不能实现脑机接口。 20世纪90年代,美国科学家就在恒河猴的脑中植入了一些电极,通过脑中直接采集的电信号来控制机械手。经过一段时间的训练之后,那只猴子把这只机械手当成了自己的手,可以运用自如。现在,科学家更进一步,让猴子与机械手之间产生了“心灵感应”。浙大医学院附属第二医院的脑外科医生为一只名叫“建辉”的猴子做了脑部手术,他们在“建辉”的大脑运动皮层植入两个与200多个神经元相连接的芯片。芯片的另一头连接着一台计算机,它实时记录“建辉”一举一动发出的神经信号。研究人员利用获得的神经信号,研发出神经信号实时分析系统,对记录到的200个神经信号进行解读,最终区分出了“建辉”抓、勾、握、捏4种不同信号的“密语”。当“建辉”开心地玩着玩具,它的脑部信号被外部的计算机“截取”并“破译”,直接传递到了机械手,“心灵感应”就这样产生了:在不远处,一只机械手就像是与“建辉”有“心灵感应”,亦步亦趋同步做着与“建辉”一模一样的手部动作。
  美国杜克大学的神经学教授也进行了一项十分有趣的实验,使两个相距几千千米的小鼠建立起了一种电子连接,让其中一只小鼠脑中的信号能够帮助另一只小鼠完成智力游戏。科学家将一种特殊的设备植入两只小鼠的脑中。甲鼠是“编码者”,它曾受过特殊训练,会通过压下笼子里的一根杠杆取得食物;乙鼠是“译码者”,没有经过这样的训练。进行实验时,科学家记录甲鼠脑中运动皮层的活动,再将记录到的数据转化成电子信号,通过神经链路传输到乙鼠大脑内植入的设备中。尽管乙鼠对甲鼠所接受的训练任务完全陌生,但它的运动皮层在处理来自甲鼠的信号后,也能从中得到有用的信息,知道压下杠杆来取得食物。

用脑控制直升机

  美国明尼苏达大学的一位科学家长期致力于直升机试验的研究,他试图用脑机接口技术来控制直升机,为此他进行了一项意念控制直升机模型的实验。实验时,他让5位参与者佩戴着装有64个电极的“帽子”,然后通过计算机将脑电波与运动相匹配,之后计算机被设定成只依靠参与者的思维和WiFi网络来控制直升机。在大学的体育馆中设了很多障碍物,他让参与者用意念和手势控制直升机躲避障碍物飞行。结果参与者通过大脑的思维和手的动作,可以遥控直升机安全地穿越障碍物,其成功率高达90%。
  另外的实验也证明这样的思维能力可以控制机械轮椅,而且一系列的可靠大脑信号甚至被用于演奏世界上的第一支“大脑管弦乐”。

在临床医学上的应用

  脑机接口的研究是近年来康复医学研究的一个热点。在这一技术的帮助下,未来有一天,坐在轮椅上的人可以通过脑机接口技术做更多事情。
  一些科学家采用脑机接口技术推出了一系列的医疗设备。比如丰田公司的智能轮椅,它可以仅凭人的思维驾驭。轮椅上安装有一个小桌板,上面可以放置笔记本电脑,坐轮椅的人戴上一个电极帽,脑电图感应装置把大脑发出的信号传输给笔记本电脑,后者又将它们变成轮椅操作指令。用思维操作的轮椅已经不是什么新鲜玩意,但丰田公司的轮椅大大缩短了发出指令和执行指令之间的时间。过去这个过程需要好几秒钟,现在只需要千分之一秒。
  据美国媒体报道,美国科学家研制出大脑思维翻译器,它是一种可以实时翻译大脑信号的技术,植入大脑内部的装置以无线的方式向外传送大脑信号,外部的语言合成器可以实时接收大脑信号并将其翻译成人类语言。该技术已经在一位闭锁综合症患者身上取得实验成功。利用这项技术,“思想变语言”的过程仅仅需要50毫秒,这与神经正常的人用语言表达自己的思想时反应时间相持平。
  从现在脑机接口的研究来看,用脑机接口技术来“窥测”人的内心活动也是有可能的。科学家们基于人们在重复思考时大脑会重复放电的认识,已经找到一种方法来“重塑梦境”,甚至可以在人们观看图像时实时地将他们观看的图像“重塑”出来。这一技术有潜在的应用,例如,能够用于获知自闭症孩子在看到面孔时如何反应,了解这些孩子的思想活动。在更广泛的应用层面,“窥探”人的思想也许能够帮助揭示陷入重度昏迷的病人正在“想”什么,揭示老年痴呆症患者的大脑活动。
  【责任编辑】蒲 晖
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