顛覆人機(jī)交互 腦機(jī)接口技術(shù)正走向現(xiàn)實(shí)

顛覆人機(jī)交互腦機(jī)接口正走向現(xiàn)實(shí)

你還未準(zhǔn)備好迎接一項(xiàng)新技術(shù)，它已開始走出實(shí)驗(yàn)室主動(dòng)擁抱你，比如腦機(jī)接口。

近日，一項(xiàng)腦機(jī)接口技術(shù)大賽在2018世界機(jī)器人大會(huì)落下帷幕。與此同時(shí)，在中國電子學(xué)會(huì)近日公布的《新一代人工智能領(lǐng)域十大最具成長性技術(shù)展望(2018—2019)》里，智能腦機(jī)交互赫然在列。

隨著科技潮流滾滾向前，腦機(jī)接口技術(shù)似乎呼之欲出。問題是，它何時(shí)降臨你我身邊?

用意念控制機(jī)器

腦機(jī)接口，常被簡稱為BCI。它是指通過在人腦神經(jīng)與具有高生物相容性的外部設(shè)備間建立直接連接通路，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)和外部設(shè)備間信息交互與功能整合的技術(shù)。簡單來說，就是實(shí)現(xiàn)用意念控制機(jī)器。它意味著，人與機(jī)器的主要交互方式，除了手工輸入，以及近幾年興起的人工智能語音交互之外，還可以直接通過大腦向機(jī)器發(fā)指令。

“之前的人機(jī)交互都需要外周肌肉組織參加。比如敲鍵盤需要用手指，語音交互需要嘴部肌肉，而腦機(jī)接口技術(shù)則不依賴肌肉組織，它是靠直接提取大腦神經(jīng)信號來控制外部設(shè)備。”清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系教授高小榕接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)說。

高小榕介紹，目前的腦機(jī)接口技術(shù)可以分為兩類，一類是侵入式，比如在大腦中植入芯片，還有一類為非侵入式，比如戴上可以采集腦電波的頭盔或帽子。

“2018年世界機(jī)器人大賽——BCI腦控類”賽事所使用的腦機(jī)接口技術(shù)就屬于非侵入式。選手們使用的設(shè)備叫做“腦電帽”，這種帽子呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，帽子上布滿采集腦電波信號的傳感裝置。比賽之前，選手們會(huì)戴好腦電帽，為了保證腦電帽更好地采集到腦電波信號，工作人員會(huì)拿著類似注射器的裝置，向腦電電極內(nèi)一一注入導(dǎo)電膠。

這次比賽比的不是腦機(jī)接口技術(shù)本身，而是選手使用腦機(jī)接口技術(shù)的技能。也就是說，選手們使用的腦機(jī)接口設(shè)備是一樣的，他們的成績?nèi)Q于用大腦操控腦機(jī)接口設(shè)備的能力，分別測試大腦不同區(qū)域操控腦機(jī)接口設(shè)備的能力。

打字，大腦可以比手快

在世界范圍內(nèi)，腦機(jī)接口技術(shù)正取得引人注目的進(jìn)展，它允許大腦與機(jī)器進(jìn)行初步交互。

比如“2018年世界機(jī)器人大賽——BCI腦控類”賽事的頂葉腦機(jī)賽項(xiàng)目測試的是選手通過大腦活動(dòng)在電腦上輸出目標(biāo)字符的能力。

比賽時(shí)，電腦屏幕上會(huì)排列出不同字符，選手需要將注意力集中在希望選擇的目標(biāo)字符上。對目標(biāo)字符的注意會(huì)表現(xiàn)為大腦活動(dòng)，腦機(jī)接口設(shè)備會(huì)捕捉到腦電波信號，最終將目標(biāo)字符輸出在電腦屏幕的任務(wù)框內(nèi)。

“它比的就是哪位選手的注意力更集中，哪位選手的腦電波信號更強(qiáng)。”高小榕也是這次大賽的裁判長，他告訴記者，頂葉腦機(jī)賽項(xiàng)目表現(xiàn)最好的選手可達(dá)到0.4秒鐘輸出一個(gè)字符，已經(jīng)比很多人用手打字要快。

除了打字，腦機(jī)接口技術(shù)還可以真正實(shí)現(xiàn)用大腦操控機(jī)器，使其動(dòng)起來。

法國科學(xué)院院士、法國國家科學(xué)研究院與日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所機(jī)器人聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任阿卜杜勒—拉赫曼·切達(dá)介紹，通過訓(xùn)練大腦神經(jīng)的反饋，可以借助腦機(jī)接口設(shè)備完成諸如讓鼠標(biāo)向左或向右移動(dòng)的任務(wù)。其過程是讓人的大腦去想象鼠標(biāo)往左或往右移動(dòng)，腦機(jī)接口設(shè)備在捕捉到大腦信號后，機(jī)器會(huì)依據(jù)指令產(chǎn)生反饋。

阿卜杜勒—拉赫曼介紹，在經(jīng)過幾個(gè)月的訓(xùn)練之后，體驗(yàn)者可以實(shí)現(xiàn)用意念來順暢地控制機(jī)器臂遞送飲料。“在訓(xùn)練的過程中，大腦會(huì)產(chǎn)生一些特定的信號模式，機(jī)器人會(huì)理解這種信號。”阿卜杜勒—拉赫曼說。

“腦機(jī)接口技術(shù)現(xiàn)在正經(jīng)歷從實(shí)驗(yàn)室演示到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)換階段。”高小榕說，比如現(xiàn)在已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)用腦機(jī)接口技術(shù)開汽車，只不過開得比較慢而已。

10至20年或能普及

未來，腦機(jī)接口技術(shù)的應(yīng)用場景將會(huì)非常廣泛。

高小榕介紹，第一類是教育，比如訓(xùn)練學(xué)生集中注意力。第二類是醫(yī)療領(lǐng)域，比如幫助漸凍癥患者或殘障人士更方便地操控智能設(shè)備。第三類是讓正常人的能力得到更好發(fā)揮，比如用意念操控電腦或開汽車等等。

但目前來看，腦機(jī)接口技術(shù)還面臨諸多發(fā)展瓶頸。

首先，腦機(jī)接口設(shè)備的使用并不是很方便。比如在“2018年世界機(jī)器人大賽——BCI腦控類”賽事現(xiàn)場，觀眾想要體驗(yàn)?zāi)X機(jī)接口技術(shù)，需要先洗干凈頭發(fā)，戴上腦電帽，再讓工作人員往腦電電極與頭皮接觸部分注入導(dǎo)電膠，導(dǎo)電膠干掉后還需要重新注入，整個(gè)過程比較繁瑣。

再者，使用腦機(jī)接口設(shè)備的過程也十分耗費(fèi)腦力。一位參加此次腦控賽事的選手告訴記者，由于在比賽過程中環(huán)境嘈雜，需要選手注意力非常集中，以讓腦電波信號被腦機(jī)接口設(shè)備檢測到，所以一段時(shí)間后大腦會(huì)感到很疲憊。

阿卜杜勒—拉赫曼認(rèn)為，我們不應(yīng)只停留在使用腦機(jī)接口技術(shù)傳輸?shù)图墑e的指令，而要用腦機(jī)接口技術(shù)猜測和預(yù)知人類的意圖，這樣就可以讓機(jī)器人順暢并有計(jì)劃地完成任務(wù)。而這則非常仰仗于腦科學(xué)的進(jìn)展。

“目前腦科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)展遲緩，我們還需要在大腦信號檢測上實(shí)現(xiàn)突破。”阿卜杜勒—拉赫曼說。

高小榕告訴記者，正如在芯片領(lǐng)域一樣，腦機(jī)接口技術(shù)也存在“摩爾定律”，就是其主要技術(shù)性能每3年翻一倍。十幾年前，使用腦機(jī)接口設(shè)備每分鐘只能輸出20比特，而在這次比賽上表現(xiàn)最好的選手每分鐘可以輸出約700比特。

幾年前，人工智能語音接口還是新鮮事物，如今用語音操控智能手機(jī)、電腦、音箱等設(shè)備已經(jīng)十分常見。腦機(jī)接口技術(shù)何時(shí)也能像前者一樣在生活中觸手可及?

高小榕的回答是，10到20年左右。

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