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《科学24小时》

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意念成真

2017-05-05 10:54:00

 

看过电影《阿凡达》的观众一定不会忘记影片中这样一个情节: 在潘多拉星上,下身瘫痪的的前海军战士杰克·萨利躺在密封舱内,通过头上佩戴的复杂设备,利用意念操控人造的混血阿凡达。 尽管潘多拉星和阿凡达只是导演卡梅隆的艺术想象,利用意念操控阿凡达也不可能发生,但你或许不知道,利用“意念”操控物体已经不再是人类的空想。 

最早的“意念打字”

早在20世纪40年代电脑刚刚问世的时候,就已经有科学家提出一个大胆的设想: 人类能否设计一种“读心系统”,用意念在电脑上输入字符, 以节省眼睛与大脑之间的思维转换时间。 当时他们的目的很简单,就是为了给残疾人提供帮助,让他们也能够使用电脑这一类高科技产品。

1988年,美国伊利诺伊大学的研究人员研发出 了一种拼写系统——P300。这种系统利用电位形成编码,而诱发电位解析编码的是36 个点位定位,同时在36个点位放置对应字符,以此帮助使用者实现“意念打字”。 P300系统规定了每行每列的固定字符数,工作界面还会自动随机闪烁,并有序记录行与列的闪烁顺序。 当你看到某个字符时,系统就会自动识别该字符位置并进行定位。

P300看似非常复杂,但实际上使用起来却非常简便,使用者只需要将大脑连接上单向电路即可。 电脑会自动识别使用者大脑传出的信息,然后将它们在屏幕上显示出来。不过,当时的技术还不发达, P300的思维转换需要相当长的时间。 根据受试者的身体状况, P300每分钟的读取速度大约只有1 2个单词,这样的工作效率显然非常低下。 不过在当时,新鲜问世的“意念打字”已经足够神奇。 

脑电的秘密

如何才能利用人类的“意念”使用或操控物体? 首先,我们要理解“脑电”的概念。“意念”操控其实就是利用人类的脑电波进行控制,相关的科学研究已经超过半个世纪。

人类在进行各项生理活动时都会释放一定的电压。 心脏跳动时会产生12毫伏的电压,眼睛开闭会产生56毫伏的电压,而思考问题时大脑则会产生 0. 21毫伏的电压。 如果用科学仪器测量大脑的电位活动,那么在荧幕上就会显示出波浪一样的图形,这就是“脑电波”。

脑电波活动具有一定的规律和特征,这和大脑的意识存在着某种程度上的对应关系。人类在处于兴奋、紧张、 昏迷、清醒等不同心理和生理状态时,脑电波的频率会有明显不同,基本处于140赫兹之间。 而依照不同的频率,脑电波又分为α、β、δ、θ波。

当人在一定的压力下精神高度集中时,脑电波频率在1238赫兹之间,这个波段被称为β波,是“意识”层面的脑电波; 当人注意力下降,处于放松状态时,脑电波频率会下降至812赫兹,这个波段被称为α波;而进入睡眠状态后,脑电波频率会进一步下降,并分为θ波(48赫兹)和δ波(0. 54赫兹),它们分别反映的是人在“潜意识”和“无意识”阶段的状态。 正是因为脑电波具有这种随着情绪波动而变化的特性,才让人类对于脑电波的开发利用成为可能。

电影《阿凡达》中所展现的情节,实际上就是一种利用人类脑电波实现的脑机接口技术(Brain-Comput- er Interface,简称BCI),这种技术通过对脑电信息的分析解读,将其进一步转化为相应的动作,这就是用“意念”操控物体的基本原理。

 

脑机接口技术

脑机接口,有时也被称作“大脑端口”或“脑机融合感知”,它是指在人或动物脑(或者脑细胞的培养物)与计算机等外部设备之间建立的直接连接通路。 在单向脑机接口的情况下,计算机或会接受脑部传来的命令, 或会发送信号到脑(例如视频重建),两者不可兼具。 而双向脑机接口则允许脑和外部设备之间的双向信息交换。

在该定义中,“脑”一词意指有机生命形式的脑或神经系统,而“机”则为任何处理或计算的设备,其形式可以从简单的电路到复杂的硅芯片。

20世纪80年代末期,在多年动物实验的基础上,应用于人体的早期植入设备出现了。这种设备形似“头盔”,使用者将“头盔”与头部紧密接触后,“头盔”上的传感器就可以监视人类大脑的活动。 与早期的 P300相比,现在的脑机接口技术能够更为快捷方便地实现“意念操控”。研究者还表示,脑机接口技术可以像人类的自然肢体那样控制植入的假肢, 同时帮助部分使用者恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。

近日,美国斯坦福大学的研究人员还将“头盔”戴在了猴子的大脑上。 传感器植入猴子的大脑,让它在大脑区域读取通过键盘输入屏幕的字符,随后用设计脑信号和驱动光标速度的方法,识别猴子打字的脑电位信号, 以此实现在虚拟键盘上的移动光标和选择字母。 最终,猴子将看到的文字用“意念打了出来”,以每分钟输入12个单词的速度抄写了《哈姆雷特》。

当然,科学家还想利用脑机接口技术帮助更多的残障人士, 比如霍金。 近年来,随着霍金的“输出系统”即运动神经元持续死亡,普通的 BCI 技术已经无法帮助霍金像以往那样“说话”了。 不过,神经科学家还想到了利用表情识别以及对眼球运动的追踪,读取霍金的脑电波以及潜在的传输命令,但前提是要在其大脑中植入多极阵列,毕竟肌肉的伸缩有时候并不受脑神经的控制。 尽管此类的“意念输出”速度相对较慢,但如果成功,人类的脑电波就可直接利用肌肉运动实现命令输出。

 

未来是意念世界

随着科技的发展, 意念控制正在走进我们的生活,从大型电子计算机到植入脑电波,人类与机器的沟通已经从复杂的语言简化成细微的动作, 以后可能就连细微的动作也会省去。 我们可以通过意念控制家电设备的开关和使用,甚至实现“意念驾驶汽车”,专家预测,这种生活方式极有可能在未来十年内变成现实。

目前,世界各国都在研究各类相关技术。 比如韩国三星电子实验室就在研究利用大脑控制平板电脑的启动和关闭, 同时实现在网站上用意念搜索你需要的内容。 而美国 Neu- rosky公司则开发了一款蓝牙耳机,使用者戴上它就能用意念玩游戏并搜索想听的歌曲, 同时还能用意念下载需要的文档。

当然意念科技如同隔着一堵墙听取别人的对话,想要实现机器与大脑的紧密配合不可能一帆风顺,毕竟任何一次脑控技术的应用都需要电极介入——连接传感器使信号放大——最终实现控制机械。况且,就连将电极植入大脑的脑控技术目前也面临着许多问题,比如想让电子产品真的完全理解人类大脑发出的信号,我们甚至需要动用医科手术将感应器植入大脑中。

但不管怎么说,意念控制技术的发展不仅能让残障人士拥有第二套肢体,还能让人们从传统的手控设备中逐步脱离,享受肢体上的自由,用最真实的意念去感受和体验生活。尽管意念控制技术仍处在研发和测试阶段,尚未走进千家万户,但相信在不久的将来,意念控制一定会来到你我身边,为人类带来一场全新的革命。

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