執行我意念

單手托住一個球，集中注意力，默念三聲：Wingardium Leviosa（溫嘎迪姆 勒維奧薩），只見那個球體開始脫離你的掌心，慢慢升起……

這不是哈利·波特念的“飛行咒”。做到同樣不可思議的事，哈利靠魔法，麻瓜有科技（麻瓜即不會魔法者）。

在今年1月美國拉斯維加斯消費電子展上，一款用“意念”控制的飛行球玩具Puzzlebox Orbit，引起媒體廣泛關注。各路記者紛紛上前試用：戴上腦電波耳機，集中注意力——飛行球升空了！

麻瓜腦電生魔法

正如英國科幻大師阿瑟·克拉克所言，“任何足夠先進的技術，初看都與魔法無異”。意念控制正是這樣一種技術。

用意念控制物體當然不是魔法，而是實實在在的現代科技。還記得醫院里的腦電圖嗎？它能用來觀察睡眠是否紊亂，診斷癲癇、昏迷和腦死亡，意念控制用的也是相同原理。

意念控制的更準確稱呼應該是“腦電波控制”，用人的腦電波狀態作為控制動作的發起方。大腦由神經元組成，神經元上存儲著正電荷或負電荷，電荷的多少被轉運蛋白上攜帶的離子不斷改變，神經元也因此不斷對外“放電”。

當許多同一方向的神經元同時放電時，它們會推動鄰近的神經元也放電，繼而推動下一級神經元放電……如此往復。當這些電荷到達頭皮時，會改變事先緊貼頭皮設置的電極上的電荷。如果頭上有兩個或更多的電極，那么電極間就會產生電勢差，這個電勢差就是醫生檢測到的腦電波。

在用意念控制航模類飛行器之前，玩家需戴上特制的腦電波耳機。這種耳機有兩個電極，一個貼在前額上，一個夾在耳垂上，這兩個電極間的電勢“差值”就是腦電波。腦電波信號經過耳機里的芯片處理后，得出反映大腦活躍程度的指標——“注意力集中度”。腦電波耳機通過藍牙無線通信把“注意力集中度”傳到智能手機上，用一個app第三方應用程序將其轉換成控制指令，再通過接在耳機口上的紅外發射器操控飛行球、直升機航模等特制飛行器的起飛和空中動作。

“腦機接口”新人生

所謂“注意力集中度”，即指向電極所在位置的所有神經元活動的總和。如果說大腦里的神經元是地球人，那么通過腦電波傳感器觀察神經元活動的“我們”就好比在太空中觀察人類活動的外星人。大腦“注意力集中”時，就相當于全球所有人徹夜不眠開派對，外星人在高空UFO上只能感覺到整個地球都鬧哄哄的，但聽不清哪個人在說什么。“注意力分散”就相當于全球所有人都不分晝夜睡懶覺，外星人就會覺得地球很安靜。

而腦電波耳機能將讀取到的腦電波通過頻譜分析，轉換成0至255之間的整數，數字越大表示“注意力”越集中。因此，當操控者聚精會神想“起飛”時，由耳機傳出的關注指標就會啟動指令，讓飛行器“依令”升空。一旦注意力分散，飛行器就會降落。

這類由注意力控制的飛行器是“腦機接口”領域最簡單的應用。“腦機接口”一詞包括大腦與計算機直接交流的所有通道，除了腦電圖以外，還有“功能性核磁共振成像”、人工耳蝸等等。

由于腦機接口研究目前仍處于非常初級的階段，所以其應用還無法做到既簡便又準確。好消息是，在賓夕法尼亞大學醫學中心讓猴子通過意念控制機械臂，抓了幾年香蕉之后，美國高位截癱患者蒂姆·赫姆斯在2011年成功用意念控制機械臂，握住了女友的手。

在網上流傳的兩段癱瘓者通過意念控制機械臂給自己喂飯的視頻中，患者都通過開顱手術在大腦中植入了96個電極。這樣一來，能夠提供給計算機的原始腦電波信號就比較準確，經過演練的計算機程序就能分辨某人想像“往左移動”和“抓取那塊巧克力”之間的區別。由于這幾位志愿者都獲得了一定程度的生活自理能力，賓夕法尼亞大學的研究者正準備讓這項技術進入臨床試驗，爭取早日讓有一定經濟條件的高位截癱者先用上。

無創電極銳應用

如果不想做開顱手術，那么還有兩種相對簡易的技術可以考慮：一種是無創的腦電波技術——在頭皮表面貼上許多電極，電極和頭皮之間還要灌注導電硅膠以確保良好的電氣連接。然后通過演練，讓計算機熟悉某人的不同想象，比如用左手還是右手、坐下、站立等，并找到與之對應的腦電波區別。

德國柏林自由大學的人工智能教授勞爾·羅雅斯將這一技術與自動駕駛技術相結合，于2011年2月舉行了“意念駕車秀”。在“秀”之前，駕駛員須對車載計算機進行“訓練”，使它的“識別算法”適應駕駛員的想象模式。對于控制一輛能自動駕駛的車來說，車載計算機只需熟悉“前進、左轉、右轉、剎車”這四個想象模式就夠了。

要“秀”了！駕駛員在車內戴上腦電波傳感器，想象“推”，計算機將該意念識別為“前進”，并轉換成控制信號，汽車便自動前行了。同理，想象“左”的時候，汽車會選擇最近的路口左轉。至于汽車如何避開行人，怎樣判斷何時轉彎、什么情況下不行，均由裝有激光雷達等避障傳感器的自動駕駛系統完成。

但無創腦電波技術也面臨一個難題：由于穿過顱骨到達頭皮的腦電波信號極其微弱，所以非常容易受外界環境干擾。在50赫茲交流電的辦公環境里用這種方式采集腦電波，就像你的女友在重金屬樂隊演出現場對你說悄悄話一樣。雖然工程師想了很多辦法降低“樂隊”和“周圍觀眾”的音量，但你還是只能靠半聽半猜來理解女友的意思。

另一種技術叫“事件相關電位”。當人發現某個事件時，其腦電波的特定位置會出現電壓變化，其中有一種代號為P300的“內源性事件相關電位成分”，會在人對外界刺激做出反應時出現。

目前已有科技企業在研發通過P300電位成分信號控制輪椅機器人，在無需開顱手術的情況下幫助癱瘓者獲得部分生活自理能力。其具體做法是在電動輪椅上安裝一個機械臂和必要的傳感器，當某人坐上去并戴上電極之后，其眼前的顯示屏會出現涵蓋四周環境的地圖，圖上標有“廚房”，“客廳”等字樣，所有房間字樣會快速依次閃爍。如果你想去廚房，那么就盯著地圖上廚房的位置看。這樣，每當廚房閃爍時，計算機就能檢測到人腦部的P300信號。如此重復幾次后，計算機就能通過分析圖片閃爍和P300信號出現之間的時間差，確定你選擇的是廚房而不是客廳，并讓電動輪椅避開障礙自動到達廚房。

到了廚房后，顯示屏上會出現“開冰箱”、“倒水”、“拿面包”之類的選項并輪流閃爍，而你就可以進一步選擇，讓機械臂完成行動。這種方式可能會讓人的生活變得像日式戀愛電子游戲那樣充斥選擇題——不知道是好事還是壞事。

腦機接口技術還有一些其他應用：有人將腦電圖電極做成頭帶，監控和分析睡眠狀態，幫助提升睡眠質量；有人用光照射前額并通過“腦機接口”獲取大腦血氧濃度水平，輔助治療“小兒多動癥”等。當然，最讓大家期待的肯定還是既不用開顱手術，又能讓周圍物體“執行我意念”的“殺手級”應用。

（本文作者為科普作家）