【天天熱聞】西安“八項(xiàng)重點(diǎn)工作”中的腦科學(xué)到底是什么？來看現(xiàn)場演示

日前，西安市委召開八個(gè)方面重點(diǎn)工作動員部署會議，決定2023年將著力做好八個(gè)方面重點(diǎn)工作，其中提到今年將前瞻布局腦科學(xué)等未來產(chǎn)業(yè)。

腦科學(xué)是什么，西安為何要布局這一產(chǎn)業(yè)，都有哪些優(yōu)勢？帶著這些疑問，百理君專訪了西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院謝松云教授（從事腦科學(xué)和人工智能交叉研究二十多年的學(xué)者），了解了它的現(xiàn)狀和未來。

【資料圖】

其實(shí)早在2018年百理君就曾探秘西北工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的腦控技術(shù)。謝松云教授所帶領(lǐng)的神經(jīng)信息團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域取得了重大突破：操作者盯著屏幕上的燈，機(jī)器人就會動；大腦進(jìn)行想象就能控制無人機(jī)左右運(yùn)動；原理為系統(tǒng)檢測到腦電波后轉(zhuǎn)化為控制信號，實(shí)現(xiàn)腦控。

時(shí)隔五年，2023年2月22日，百理君再訪謝松云教授，現(xiàn)場感受了腦科學(xué)研究的最新成果：無人機(jī)編隊(duì)飛行控制、虛擬駕駛中駕駛員注意力檢測。

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給個(gè)眼神?無人機(jī)隊(duì)伍就會“翻個(gè)跟頭”

現(xiàn)場，五架無人機(jī)并排排列，等待“命令”，操作者頭戴“腦電帽”，對著視覺刺激裝置，裝置上有9個(gè)LED燈閃爍，操作者通過注視不同的閃爍燈、腦中的想象，無人機(jī)編隊(duì)即可完成不同的動作。只見五架無人機(jī)飛起來后，隊(duì)形時(shí)而交錯，時(shí)而翻跟頭，很有氣勢。

原理是什么？謝松云介紹：“人腦控制時(shí)，腦電波檢測易出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況，人腦也容易疲勞，所以采用人機(jī)協(xié)同控制，系統(tǒng)會更穩(wěn)定。視覺刺激裝置上，對應(yīng)不同的頻率提前設(shè)置了無人機(jī)不同的隊(duì)形變換，頻率閃爍刺激視覺后，大腦產(chǎn)生對應(yīng)的腦電波特征，腦電波特征經(jīng)編碼轉(zhuǎn)化為控制信號，從而實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)隊(duì)形變換的控制。”

通俗地講，可以把閃爍的LED燈視為按鈕，對按鈕不再需要用手去控制，而是眼睛看著、大腦想象，選擇哪一個(gè)按鈕，就會實(shí)現(xiàn)按鈕所對應(yīng)的技術(shù)功能。其中的關(guān)系為頻率—人腦—解碼—編碼—控制。

“無人機(jī)編隊(duì)在不同的環(huán)境下，通過人腦控制，可以完成無法預(yù)先規(guī)劃的飛行任務(wù)，這項(xiàng)技術(shù)也可用于無人機(jī)避障和路徑規(guī)劃等?！敝x松云說。

此外，還有腦機(jī)協(xié)同機(jī)械臂智能控制，就是通過上述原理，“指揮”機(jī)械臂對物品拿起、放下、交換、撤銷，可用于殘疾人輔助設(shè)施等。人腦意念支配的虛擬超市，人通過注目、大腦想象，就可選定物品。

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開車有沒有分心？系統(tǒng)比你更先知道

操作者戴著“腦電帽”，手中拿著“方向操作器”，電腦屏幕上顯示車輛在道路上行駛的畫面，“腦電帽”將檢測到腦電波投射到另一個(gè)電腦屏幕，從而掌握操作者的注意力情況。這時(shí)，操作者的角色等同于一輛汽車上的駕駛員。

謝松云教授介紹：“這套系統(tǒng)可以監(jiān)測駕駛員在開車時(shí)是否注意力集中，通過檢測腦電波，系統(tǒng)可以比駕駛員本人更早‘意識’到他有沒有分心，幫助駕駛員安全行車。這項(xiàng)技術(shù)還可以用于睡眠監(jiān)測、情緒監(jiān)測、記憶力改善等。”

操作者卸下“腦電帽”時(shí)，百理君看到他頭發(fā)上粘著類似發(fā)膠的導(dǎo)電膏，“導(dǎo)電膏可以減少人體阻抗，幫助系統(tǒng)對腦電波進(jìn)行更精準(zhǔn)的檢測?！敝x松云教授說。

為了更加全面、深入地了解腦科學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀、現(xiàn)實(shí)應(yīng)用、未來前景，以及西安發(fā)展腦科學(xué)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢等情況，百理君和謝松云教授進(jìn)行了對話。

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人機(jī)融合

是目前腦科學(xué)和人工智能交叉研究的重點(diǎn)方向

百理君：近年來您帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在腦科學(xué)研究方面取得的最大進(jìn)展是什么？

謝松云教授：人機(jī)融合技術(shù)。因?yàn)榭咳四X主動控制存在信號不穩(wěn)定、反應(yīng)慢等問題，所以將人腦的快速認(rèn)知能力與人工智能的快速計(jì)算能力相融合，建立人機(jī)統(tǒng)一的新的智能體，是目前腦科學(xué)和人工智能交叉研究的重點(diǎn)方向。

通過將腦電和眼動等人體生物特征與人工智能技術(shù)相融合，我們建立了人機(jī)融合決策模型，提高了無人機(jī)、無人車的避障性能。通俗地講，比如，在無人機(jī)或無人車行駛時(shí)，單純使用人工智能，對于一些障礙物或路面危險(xiǎn)是無法檢測到從而進(jìn)行躲避的，但將人對突發(fā)狀況的下意識反應(yīng)通過腦電和眼動等檢測提取出來，與人工智能的決策與控制系統(tǒng)相融合，無人機(jī)或無人車就會成功避開危險(xiǎn)，安全行駛。

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國產(chǎn)侵入式腦電圖儀已遠(yuǎn)銷歐洲

百理君：國內(nèi)外腦科學(xué)研究成果產(chǎn)業(yè)化情況如何？

謝松云教授：發(fā)達(dá)國家在腦科學(xué)的研究起步比我國早，相關(guān)研究投入力度大。從全球看，部分腦科學(xué)的研究成果已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，比如腦機(jī)接口，也就是腦功能檢測設(shè)備，主要應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域，用于多種疾病的檢查治療。我國國內(nèi)有研究團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)的侵入式腦電圖儀已遠(yuǎn)銷歐洲。

大多數(shù)研究成果也仍在實(shí)驗(yàn)室階段，需要進(jìn)一步推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，因?yàn)樾枰浅４蟮耐度耄硗?，腦科學(xué)是一門交叉學(xué)科，涉及神經(jīng)生物學(xué)、心理學(xué)、電子、信息、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、倫理學(xué)、哲學(xué)等，非常復(fù)雜，大腦的不確定性較多，系統(tǒng)的穩(wěn)定性還需要時(shí)間去研究和完善。

醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用中，腦機(jī)接口使用的腦電信號采集方式有侵入式和非侵入式等，侵入式就是通過醫(yī)療手段，把儀器裝入患者顱內(nèi)，儀器可以精準(zhǔn)地感應(yīng)到神經(jīng)元活動，從而精準(zhǔn)地獲取腦電波，最后用腦電圖顯示出來，這種方式需要專業(yè)醫(yī)生的開顱手術(shù)才能完成，對患者造成一定的損傷，目前多用于比如癲癇患者等臨床治療；非侵入式就是把儀器裝在患者顱外，對人體沒有傷害，但缺點(diǎn)是獲取的腦電信號微弱，精準(zhǔn)度相對低。

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腦控一朵花開的過程?

讓多動癥兒童得到治療

百理君：腦科學(xué)研究成果在現(xiàn)實(shí)中還有哪些應(yīng)用？

謝松云教授：腦科學(xué)涉及多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，又和多個(gè)學(xué)科交叉，相互作用、相互促進(jìn)，對于有的應(yīng)用是直接作用，有的是間接作用。上述我們講的“腦控”，通俗地講，可以理解為對一些按鍵，之前我們用手按，現(xiàn)在用腦意識按。

目前，已用于對多動癥兒童的治療，舉例說明：系統(tǒng)研發(fā)了一朵花，設(shè)定了開花等動作，患者戴上相應(yīng)的設(shè)備，看著這朵花，假使想讓這朵花開花，當(dāng)設(shè)備收集到患者集中注意力產(chǎn)生的腦電波后，就會通過程序，產(chǎn)生類似給花澆水等作用，讓花慢慢成長開放，而這一過程可以讓患者注意力集中，從而達(dá)到治療的目的。另外，在電子游戲中，體驗(yàn)者在額頭貼一個(gè)腦電級，用同樣的原理，體驗(yàn)者可以用腦意識“指揮”，控制比如賽車游戲中加速等某一個(gè)動作，增強(qiáng)游戲體驗(yàn)感。

需要注意的是，“腦機(jī)交互”是一個(gè)雙向作用，上述我們講的是用“腦“控制“機(jī)”，即人腦輸出，同“機(jī)”也可以刺激“腦”。這樣的反向刺激目前在醫(yī)院臨床已用于癲癇病的治療，用研發(fā)出來的系統(tǒng)，刺激患者的大腦神經(jīng)元，比如殺死錯誤的神經(jīng)元，激活有功能的神經(jīng)元，從而讓患者病情得到改善，這些均需要專業(yè)醫(yī)院專業(yè)醫(yī)療團(tuán)隊(duì)進(jìn)行操作。

同樣的原理，也可以用于對抑郁癥、失眠癥、老年癡呆癥的治療，這類疾病的產(chǎn)生均與腦神經(jīng)有關(guān)。研發(fā)出來的系統(tǒng)，通過反向刺激腦神經(jīng)元，可以讓神經(jīng)元變得積極起來，使人開心起來。改善睡眠、改善癡呆癥也是同樣的原理。暢想一下，也許將來，就會有讓人開心、催人睡眠、喚醒人記憶的智能產(chǎn)品。

助老設(shè)備、殘疾人輔助設(shè)備，采用了“腦”控制“機(jī)”的原理，可以成為老年人、殘疾人的生活好幫手。這類設(shè)備適用于大腦健康的人群，但設(shè)施成本大，腦電波采集方式需要更優(yōu)化，目前基本還處于試驗(yàn)階段。

我國老齡化已來臨，腦科學(xué)將會對助老設(shè)備起到很大作用，此外，還可以用于殘疾人輔助設(shè)備、醫(yī)療、無人駕駛、工業(yè)、救援救災(zāi)、教育、服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)、娛樂等領(lǐng)域，相信未來有廣闊的前景。人工智能已經(jīng)開始進(jìn)入現(xiàn)實(shí)，腦科學(xué)研究成果的轉(zhuǎn)化和落地，將實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同乃至人機(jī)融合，可以使技術(shù)更精準(zhǔn)更有效地為人類服務(wù)。

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西安在腦科學(xué)研究方面起步早有優(yōu)勢?

建議步子邁得更大一些

百理君：西安腦科學(xué)產(chǎn)業(yè)發(fā)展如何，有什么優(yōu)勢？

謝松云教授：西安的腦科學(xué)發(fā)展是有優(yōu)勢的，高校、研究所、企業(yè)之間合作密切，在相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)學(xué)研方面都有優(yōu)勢，目前科研成果位于全國前列。陜西有腦科學(xué)聯(lián)盟，多家單位經(jīng)常在一起交流、討論、合作，促進(jìn)發(fā)展，互不沖突。不同研究背景的單位各有所長，西北工業(yè)大學(xué)起步早，擅長多模態(tài)腦電特征提取和人機(jī)融合無人機(jī)系統(tǒng)控制，有部分高校主攻殘疾人輔助設(shè)施控制，科研成果更多用于臨床醫(yī)學(xué)等。

西安在腦科學(xué)方面起步早，有多方面的研發(fā)和應(yīng)用，技術(shù)力量和積累雄厚，有政府的推動，一定會大大加速腦科學(xué)的進(jìn)展。

目前，國家和陜西省對腦科學(xué)的發(fā)展非常重視，從資金、人才引進(jìn)、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、成果轉(zhuǎn)化等方面投入了相當(dāng)大的支持，建議西安在這方面的發(fā)展可以更大膽一些，步子邁得更大一些。

編輯：五月的光?

關(guān)鍵詞： 人工智能 研究成果 重點(diǎn)工作