全球看點：西工大教授解讀西安“八項重點工作”中的腦科學

近期，西安《2023年八個方面重點工作任務分工推進方案》印發(fā)，其中說到著力壯大支柱產業(yè)和新興產業(yè)，穩(wěn)步加快新興產業(yè)壯大成勢，制定新興產業(yè)發(fā)展三年行動方案，其中提到腦科學等一批未來產業(yè)。

(資料圖)

西安腦科學技術發(fā)展到了什么階段?這一領域狀況如何?

2023年2月22日，華商報記者專訪了西北工業(yè)大學電子信息學院謝松云教授(從事腦科學和人工智能交叉研究二十多年的學者)，了解了它的現(xiàn)狀和未來。

>>現(xiàn)場感受

無人機編隊飛行控制：

給個眼神，無人機隊伍就“翻個跟頭”

在2018年華商報記者曾探秘西北工業(yè)大學團隊研發(fā)的腦控技術。謝松云教授所帶領的神經信息團隊在該領域取得了重大突破。操作者盯著屏幕上的燈，機器人就會動;大腦進行想象就能控制無人機左右運動;原理為系統(tǒng)檢測到腦電波后轉化為控制信號，實現(xiàn)腦控。

2023年2月22日，華商報記者再訪謝松云教授，現(xiàn)場感受了腦科學研究中的新技術：無人機編隊飛行控制、虛擬駕駛中駕駛員注意力檢測。

現(xiàn)場，五架無人機并排排列等待“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，無人機編隊即可完成不同的動作。五架無人機飛起來后，隊形時而交錯，時而翻跟頭，很有氣勢。

原理是什么?謝松云介紹：“人腦控制時，腦電波檢測易出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況，人腦也容易疲勞，所以采用人機協(xié)同控制，系統(tǒng)會更穩(wěn)定。視覺刺激裝置上，對應不同的頻率提前設置了無人機不同的隊形變換，頻率閃爍刺激視覺后，大腦產生對應的腦電波特征，腦電波特征經編碼轉化為控制信號，從而實現(xiàn)對無人機隊形變換的控制?！?/p>

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控制，而是眼睛看著、大腦想象，選擇哪一個按鈕，就會實現(xiàn)按鈕所對應的技術功能。其中的關系為頻率——人腦——解碼——編碼——控制。

“無人機編隊在不同的環(huán)境下，通過人腦控制，可以完成無法預先規(guī)劃的飛行任務，這項技術也可用于無人機避障和路徑規(guī)劃等?！敝x松云教授說。

此外，還有腦機協(xié)同機械臂智能控制，就是通過上述原理，“指揮”機械臂對物品拿起、放下、交換、撤銷，可用于殘疾人輔助設施等。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。

虛擬駕駛中駕駛員注意力檢測：

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電腦屏幕，從而掌握操作者的注意力情況。這時，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。這項技術還可以用于睡眠監(jiān)測、情緒監(jiān)測、記憶力改善等?！?/p>

操作者卸下“腦電帽”時，華商報記者看到他頭發(fā)上粘著類似發(fā)膠的導電膏，“導電膏可以減少人體阻抗，幫助系統(tǒng)對腦電波進行更精準的檢測。”謝松云教授說。

>>對話腦科學專家

西工大學謝松云教授

華商報記者：近年來您帶領的團隊在腦科學研究方面最大的進展是什么?

謝松云教授：人機融合技術。因為靠人腦主動控制存在信號不穩(wěn)定、反應慢等問題，所以將人腦的快速認知能力與人工智能能的快速計算能力相融合，建立人機統(tǒng)一的新的智能體，是目前腦科學和人工智能交叉研究的重點方向。

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

華商報記者：國內外腦科學研究成果產業(yè)化情況如何?

謝松云教授：發(fā)達國家在腦科學的研究起步比我國早，相關研究投入力度大。從全球看，部分腦科學的研究成果已經產業(yè)化，進入實際應用領域，比如腦機接口，也就是腦功能檢測設備，主要應用在醫(yī)療領域，用于多種疾病的檢查治療。我國國內有研究團隊生產的侵入式腦電圖儀已遠銷歐洲。

大多數(shù)研究成果也仍在實驗室階段，需要進一步推進產業(yè)化，因為需要非常大的投入，另外，腦科學是一門交叉學科，涉及神經生物學、心理學、電子、信息、計算機、數(shù)學、倫理學、哲學等，非常復雜，大腦的不確定性較多，系統(tǒng)的穩(wěn)定性還需要時間去研究和完善。

醫(yī)療領域的應用中，腦機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，儀器可以精準地感應到神經元活動，從而精準地獲取腦電波，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，但缺點是獲取的腦電信號微弱，精準度相對低。

華商報記者：腦科學研究成果在現(xiàn)實中還有哪些應用?

謝松云教授：腦科學涉及多個專業(yè)領域，又和多個學科交叉，相互作用、相互促進，對于有的應用是直接作用，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，設定了開花等動作，患者戴上相應的設備，看著這朵花，假使想讓這朵花開花，當設備收集到患者集中注意力產生的腦電波后，就會通過程序，產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，從而達到治療的目的。另外，在電子游戲中，體驗者在額頭貼一個腦電級，用同樣的原理，體驗者可以用腦意識“指揮”，控制比如賽車游戲中加速等某一個動作，增強游戲體驗感。

需要注意的是，“腦機交互”是一個雙向作用，上述我們講的是用“腦“控制“機”，即人腦輸出，同“機”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元，比如殺死錯誤的神經元，激活有功能的神經元，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)療團隊進行操作。

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，這類疾病的產生均與腦神經有關。研發(fā)出來的系統(tǒng)，通過反向刺激腦神經元，可以讓神經元變得積極起來，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品。

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

華商報記者：西安腦科學發(fā)展如何?有什么優(yōu)勢?

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

西安在腦科學方面起步早，有多方面的研發(fā)和應用，技術力量和積累雄厚，有政府的推動，一定會大大加速腦科學的進展。

華商報記者：腦科學研究成果可用于哪些領域?

謝松云教授：可用于非常廣泛的領域，我國老齡化已來臨，腦科學將會對助老設備起到很大作用，此外，還可以用于殘疾人輔助設備、醫(yī)療、無人駕駛、工業(yè)、救援救災、教育、服務機器人產業(yè)、娛樂等領域，相信未來有廣闊的前景。人工智能已經開始進入現(xiàn)實，腦科學研究成果的轉化和落地，將實現(xiàn)人機協(xié)同乃至人機融合，可以使技術更精準更有效地為人類服務。目前，國家和陜西省對腦科學的發(fā)展非常重視，從資金、人才引進、產學研結合、成果轉化等方面投入了相當大的支持，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。

華商報記者 任婷/文 強軍/圖

關鍵詞： 人工智能 研究成果