◎ 科技日報記者 陳曦

日前在第三屆數(shù)字中國建設(shè)峰會上，由天津大學(xué)和中電云腦（天津）有限公司聯(lián)合研發(fā)的大指令集高速無創(chuàng)腦-機接口打字系統(tǒng)格外吸睛。使用者只需頭戴腦電帽，雙眼盯著電腦屏幕，就能用意念打字。

此項技術(shù)的研發(fā)團隊負責(zé)人天津腦科學(xué)中心主任助理、天津大學(xué)神經(jīng)工程團隊許敏鵬副教授介紹，實現(xiàn)意念打字的核心技術(shù)就是腦-機接口。大腦是宇宙中最復(fù)雜的系統(tǒng)之一，不但有極為復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，還有千變?nèi)f化的動態(tài)信息。每說一句話，大腦里都可能有上億個神經(jīng)細胞在不斷發(fā)放電脈沖。而腦-機接口技術(shù)，可以讓我們用一臺高速運轉(zhuǎn)的電腦將大腦的信號接收下來、解讀出來。

意念打字靠啥技術(shù)？

“腦-機接口，顧名思義，就是大腦與計算機之間的一個接口。通過這個接口，大腦能夠與計算機實現(xiàn)信息的直接交流。也就是我們的腦子里想什么，通過腦-機接口，計算機就能夠直接讀取出來。”許敏鵬介紹，不過現(xiàn)有的腦-機接口打字技術(shù)并不是將我們腦子里想的字符直接呈現(xiàn)出來，它的背后是一套復(fù)雜的編碼與解碼過程。

許敏鵬進一步解釋：“簡單來講，就是我們會在屏幕上呈現(xiàn)一個虛擬的鍵盤，鍵盤中的每個字符背后都有一套特定模式的視覺刺激。當(dāng)你想拼寫某個字符的時候，你只要看著這個字符就行。字符背后的視覺刺激就會讓你的大腦誘發(fā)出特定模式的腦電波，然后通過算法解碼腦電波模式，就能確定你看的是哪個字符。這就是現(xiàn)有腦-機接口打字的基本原理。”

腦-機接口還能夠?qū)崟r監(jiān)測生物體中樞神經(jīng)系統(tǒng)活動，并將其用于神經(jīng)系統(tǒng)及其與內(nèi)、外部環(huán)境信息的交互，進而實現(xiàn)輔助、改善、增強、重建或者替代中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能。

為了實現(xiàn)這些功能，天津大學(xué)神經(jīng)工程團隊重點研發(fā)了腦-機交互的神經(jīng)信息學(xué)復(fù)合編解碼技術(shù)、肌-機交互的神經(jīng)肌骨動力學(xué)復(fù)合調(diào)控技術(shù)，以及體-機交互的人工神經(jīng)系統(tǒng)視觸覺復(fù)合反饋技術(shù)。尤其在腦信號深度解碼、腦意圖精細辨識、腦-機快速通訊等方向，先后發(fā)展了混合P300-SSVEP編碼、極微弱腦電特征解碼、腦-機通訊動態(tài)停止、訓(xùn)練型腦-機-體交互等一批自主可控核心技術(shù)。

醫(yī)學(xué)、航天都有了腦-機接口的應(yīng)用

目前腦-機接口技術(shù)在醫(yī)學(xué)、航天及相關(guān)領(lǐng)域的高性能人機交互產(chǎn)品中得到規(guī)模應(yīng)用。

“我們可以經(jīng)常看到‘力所不能及’的絕望場景。特別是殘疾人，雖然他們的腦子是正常的，但身體機能的喪失讓他們承受著不能正常生活的痛苦。”許敏鵬介紹，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)陸續(xù)設(shè)計出新型卒中人工神經(jīng)康復(fù)機器人系統(tǒng)——“神工一號”、“神工二號”。運用這套系統(tǒng)，癱瘓患者只要心思一動，手或腳就可以開始動起來了。

許敏鵬解釋，這是因為該系統(tǒng)在中風(fēng)患者體外，仿生構(gòu)筑一條人工神經(jīng)通路，經(jīng)過模擬解碼患者的運動康復(fù)意念信息，進而驅(qū)動多級神經(jīng)肌肉電刺激技術(shù)，最終刺激肢體產(chǎn)生對應(yīng)動作。“腦-機接口技術(shù)，可以把殘疾人正常大腦的功能釋放出來，賦能給外部的仿生假體，從而行使原有殘疾肢體的功能。”

在航天領(lǐng)域，2016年，天宮二號和神舟十一號載人飛行中，兩位航天員完成了一項頗具科幻色彩的前瞻性實驗：人類歷史上首次太空腦—機交互，實現(xiàn)了靜默的交流。“人機融合將是未來航天醫(yī)學(xué)與人因工程發(fā)展的必然趨勢，腦-機接口為航天員等特殊人群提供肢體約束環(huán)境下的‘第三只手’和神經(jīng)功能層面融合的自適應(yīng)自動化人機協(xié)作，幫助他們完成更多更復(fù)雜的工作任務(wù)。”許敏鵬說。

腦-機接口顛覆現(xiàn)有人機交互方式

“終有一天，腦-機接口技術(shù)將顛覆我們現(xiàn)有的人機交互方式。人與人之間的交流不僅僅停留在語音或者文字上，還可以通過心靈。”許敏鵬說，“未來，可能我的心思一動，就把消息傳到你的腦子里，這就是心靈感應(yīng)。我們看的科幻大片，比如說阿凡達、鋼鐵俠、戰(zhàn)斗天使阿麗塔、頭號玩家、甚至是盜夢空間都可能實現(xiàn)。”

“我覺得再過幾年，腦-機接口裝置會像消費電子一樣進入到我們的現(xiàn)實生活當(dāng)中。我們可以通過腦-機接口控制‘第三只手’，變成八臂羅漢、千手觀音，通過融合腦-機智能，變成千里眼、順風(fēng)耳。”

“未來我們出門，可能不僅僅是帶著手機，頭上還會帶一個隱蔽微型的腦-機接口裝置。它的體積會很小，完全可以埋在頭發(fā)下面，外人是看不到的。它可以和我們的手機相連，可以控制接聽電話，發(fā)送消息等。也可以和家里的智能家電相連，比如說開關(guān)燈，開密碼鎖，控制電視和空調(diào)等等。”許敏鵬表示，腦-機接口的廣泛應(yīng)用目前還面臨很多技術(shù)問題，現(xiàn)在也正在努力攻關(guān)。

來源：科技日報 文中圖片由受訪者提供

編輯：岳靚

審核：管晶晶

終審：冷文生