未來控制器:便攜“讀心機(jī)”

在2010fiE7月TED全球大會上，來自Emotiv研究團(tuán)隊(duì)的女科學(xué)家譚樂(Tan Le)向世界展示了一款用大腦進(jìn)行人機(jī)交互的產(chǎn)品。這款擁有14個電極，無線驅(qū)動的便攜腦部設(shè)備有望把腦科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域的研究成果推向在日常生活中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

監(jiān)測腦電波得到大腦意圖

迄今為止，人類和機(jī)器之間的交互總是局限為有意識的或直接的形式上。從簡單的一面來講，人們可以通過按動電源開關(guān)來打開電燈；而從復(fù)雜的一面講，比如給機(jī)器人編程，我們則必須要給機(jī)器一個指令，甚至是一長串各種各樣的指令，才能讓機(jī)器為人類做出想要它們做出的動作或事情。

而在人與人之間，交流就顯得更加復(fù)雜和有趣了——因?yàn)樵诮涣鬟^程中，人類接受的信息遠(yuǎn)比外露的表現(xiàn)要多得多。人們彼此觀察臉部表情、肢體語言，人們還通過彼此之間的對話過程來感受雙方的感覺和情感，這些都是我們做出判斷和決定過程中的一個不可忽視的組成部分。

于是，人機(jī)交互領(lǐng)域的一個偉大的構(gòu)想因此而生——計(jì)算機(jī)或機(jī)器不再要求人類通過外部輸入指令的形式進(jìn)行工作，它也能夠根據(jù)人類的面部表情、感情變化做出相應(yīng)的反應(yīng)。而為了達(dá)到這樣的效果，研究人員認(rèn)為一種優(yōu)先考慮的做法就是監(jiān)測腦電波，從而直接理解作為人類控制、體驗(yàn)和情感中心的大腦的意圖，轉(zhuǎn)而輸出為控制指令。

這個理念的實(shí)施并非意味著要應(yīng)用到一門嶄新的技術(shù)。事實(shí)上，譚樂女士展示的這款產(chǎn)品，其采用的腦電圖技術(shù)(EEG)，從誕生至今差不多已經(jīng)有一百年的歷史了。早在2008年，美國國防部就曾資助過加州大學(xué)歐文分校、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和馬里蘭大學(xué)科學(xué)認(rèn)知研究人員從事相關(guān)方面的研究，并宣稱該技術(shù)用于幫助戰(zhàn)場上腦部受傷的士兵或癱瘓的中風(fēng)患者實(shí)現(xiàn)與他人交流的目的。而在2009年，日

本理研豐田腦科學(xué)研究中心，也研制出了“意念輪椅”，實(shí)驗(yàn)者不需要移動身體的任何部分，也不需要發(fā)出聲音指令，只要“用腦子想一想”就能控制輪椅。

對大腦皮層信號的全新算法

腦電圖技術(shù)(EEG)的技術(shù)原理源于腦神經(jīng)細(xì)胞無時(shí)無刻不在進(jìn)行自發(fā)的、有節(jié)律的腦電釋放活動。它通過放大并實(shí)時(shí)記錄腦功能活動時(shí)的頭皮電位，從而達(dá)到測量認(rèn)知活動引起的腦電變化的目的。而Emotiv研究團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新則在于在腦電圖技術(shù)(EEG)的基礎(chǔ)上建立了一套獨(dú)特的大腦偵測算法。由于大腦功能活動的大部分是分布在大腦外表皮層的，而大腦的外表皮層由于折疊的結(jié)構(gòu)而充滿了褶皺。每一個單獨(dú)的大腦皮層，其折疊的結(jié)構(gòu)都是有區(qū)別的，就像人類的指紋一樣，是彼此完全不同的，其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)給信號分析帶來了極大的不便。就算一個信號可能來自大腦的同一功能部分，人與人之間的腦部信號源的位置都是十分不同的，即使是雙胞胎也一樣。當(dāng)這些神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生互動的時(shí)候，Emotiv研究團(tuán)隊(duì)采取了一套特別的算法來解析來自大腦皮質(zhì)褶皺由于化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的電脈沖。

譚樂女士在展示視頻上說： “大腦皮層的信號沒有持續(xù)性。我們的獨(dú)創(chuàng)在于創(chuàng)造了一種可以展開皮層的計(jì)算方法，這樣我們可以在更靠近源頭的地方來接受信號，從而使該技術(shù)可以在更廣泛的人群中得到應(yīng)用。”

這種創(chuàng)新的計(jì)算方法讓這個“讀心機(jī)”避免了不同使用者之間的兼容性問題，而實(shí)際運(yùn)行的效果也被證明相當(dāng)有效。譚樂女士在TD大會上邀請了一位陌生嘉賓來示范這個儀器。經(jīng)過一番操作，當(dāng)參與嘉賓思考到“拉”這個動作時(shí)，電腦中的虛擬物品便被拉動，發(fā)生了位移。隨后在進(jìn)一步的示范中，參與嘉賓還對虛擬物體做出了“消失”的思考行為，最終，畫面上的物體逐漸變得透明，并完成了“消失”的指令。

傳統(tǒng)腦電圖操作就像頂著馬蜂窩

進(jìn)入21世紀(jì)以來，人類社會開始不斷為層出不窮的新技術(shù)和新理論感到歡欣鼓舞，但事實(shí)卻是另一番景象，科學(xué)理論的實(shí)際推廣應(yīng)用和產(chǎn)品化往往不像科學(xué)研究領(lǐng)域所表現(xiàn)出來的突飛猛進(jìn)。從歷史的角度來看，大量科學(xué)理論和技術(shù)在多種因素的影響下，往往與人們的日常生活相去甚遠(yuǎn)——例如電氣科學(xué)家尼古拉·特斯拉，早在20世紀(jì)初提出了全球無線電力傳輸系統(tǒng)，或許這是一個超越幾個世紀(jì)的奇想，但卻最終淡出了人們的視野。

因此，腦電圖技術(shù)(EEG)想要在現(xiàn)實(shí)社會進(jìn)行大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用，也并不是那么簡單，在解決了人的兼容性問題后，人們馬上會提出另外幾個問題：應(yīng)用這門技術(shù)代價(jià)是否昂貴?操作是否簡便?

在人們的印象中，這樣的系統(tǒng)或設(shè)備往往只用于科研、軍事、醫(yī)療等專業(yè)領(lǐng)域，動輒花費(fèi)上百萬甚至上千萬美元。從上述的美國國防部資助高校進(jìn)行研究，以及日本實(shí)驗(yàn)室的研究報(bào)道，就能看出其基本和普通人無緣的苗頭。傳統(tǒng)的腦電圖操作方式往往通過一系列的傳感器陣列覆蓋在人的整個頭部，戴上后感覺頂了一個馬蜂窩。同時(shí)，技術(shù)人員還得使用導(dǎo)電膠或漿糊來把電極放在頭皮上，在經(jīng)過這個長時(shí)間的操作過程之后，還會產(chǎn)生信號損耗的問題。此外，整個過程對使用者來說，絕不會是什么“友好”的用戶體驗(yàn)。

只有幾百美元的人機(jī)接口

但Emotiv推出的這款“讀心機(jī)”其特殊的設(shè)計(jì)讓裝置在兩分鐘內(nèi)就可以正常啟動讀取數(shù)據(jù)，無需像傳統(tǒng)EGG設(shè)備一樣涂抹導(dǎo)電凝膠，更不用長達(dá)數(shù)小時(shí)的測試和準(zhǔn)備工作。最重要的一點(diǎn)是，這個人腦－計(jì)算機(jī)接口裝置只需要幾百美元，直接把看似一向在云端遙不可及的高端科學(xué)技術(shù)，從價(jià)位上猛然拉到了人們?nèi)粘Ｉ畹乃骄€上來，讓昂貴的“科研品”變成了日常價(jià)位的“消費(fèi)品”，這也極大地沖擊了人們關(guān)于科研系統(tǒng)的一些固有觀念。

而按照Emotive的觀點(diǎn)，有了這些能步入日常生活的“平易近人”的設(shè)備，人人都能開發(fā)出更多基于該技術(shù)的應(yīng)用。同時(shí)，在進(jìn)入科學(xué)領(lǐng)域的道路上，人們也從此多了一個珍貴的入門選擇——年輕人也有了因從小接觸該設(shè)備而心生喜好，從而最終步入腦科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)研究領(lǐng)域的可能性。

Emotiy創(chuàng)始人之一Nam Do對記者說：“你去看醫(yī)院和研究領(lǐng)域的EGG設(shè)備，它們往往分辨率極低卻又花費(fèi)極大。你可以想象一下，我們創(chuàng)造出的這個如此高性能和分辨率的系統(tǒng)，卻是日常消費(fèi)者能接受的價(jià)格，這是對它們巨大的挑戰(zhàn)。”