前不久熱映的好萊塢科幻電影《環(huán)太平洋2》中，主人公身處機(jī)甲戰(zhàn)士身體內(nèi)，隨心所欲地控制機(jī)甲，就好像是控制自己的身體一樣。“神經(jīng)元融合度越高，機(jī)甲的戰(zhàn)斗力越強(qiáng)”，片中的臺(tái)詞道出了人機(jī)融合的關(guān)鍵所在。

影片中所描述的這種人機(jī)融合，即為腦控技術(shù)——用人的意念來(lái)控制機(jī)器等外部事物。

在腦控技術(shù)領(lǐng)域，西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院謝松云教授所帶領(lǐng)的神經(jīng)信息團(tuán)隊(duì)已進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)十余年的研究，研發(fā)出了多種誘發(fā)模式相結(jié)合的腦控技術(shù)。目前，這一技術(shù)已經(jīng)可以做到3種誘發(fā)模式、7種腦特征的提取與識(shí)別。更多模式的腦特征的開(kāi)發(fā)與利用，也有望在近期攻克。

意念控制，無(wú)人機(jī)起落自如

近日，記者在西北工大電子信息學(xué)院看到這樣的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景：

控制室內(nèi)，實(shí)驗(yàn)人員戴上一個(gè)科技感十足的“帽子”，面對(duì)著屏幕，無(wú)需任何操作。看起來(lái)，他只是認(rèn)真地盯著屏幕……

而在室外的空地上，一架無(wú)人機(jī)緩緩滑行、起飛，按照計(jì)劃繞過(guò)障礙物飛行，而后，成功降落……實(shí)際上，無(wú)人機(jī)的每一個(gè)動(dòng)作都是由實(shí)驗(yàn)室人員的“大腦”直接控制。

“所謂的‘意念控物’，是通過(guò)采集腦電波，然后用某種裝置對(duì)腦電波進(jìn)行分析解碼，轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)‘事物’的控制。”謝松云說(shuō)，這些“事物”可以是設(shè)備裝置，甚至也可以是生物體。

至于腦電波，其實(shí)很早就被人類(lèi)所認(rèn)識(shí)和獲取。“要想實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的控制，難度最大的就是對(duì)腦電波的提取、分類(lèi)和識(shí)別，也就是所謂腦功能特征的提取。”通俗一點(diǎn)講，就是需要知道大腦想要做什么，獲取的腦電波要能代表這種“訴求”，不同“訴求”要能在腦電波中體現(xiàn)出來(lái)。

在利用腦電波進(jìn)行控制時(shí)，腦特征的產(chǎn)生通常需要有特定的激發(fā)方式，亦稱(chēng)誘發(fā)模式。目前的腦控技術(shù)應(yīng)用，絕大部分處于單一模式的水平，也就是只能提取一類(lèi)腦特征，這使得所轉(zhuǎn)換的控制指令在“自由度”上十分有限，也就限制了意念控制的能力和發(fā)展。

顯然，只有單一模式腦特征的提取與識(shí)別，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)腦控技術(shù)的渴望和期待。現(xiàn)實(shí)中，人們對(duì)物體的控制需要更多的控制狀態(tài)。“比如，要實(shí)現(xiàn)一輛腦控平衡車(chē)，至少需要走、停、加速、減速、轉(zhuǎn)彎等5至6個(gè)特征量”。

這幾個(gè)腦特征的增加，并非簡(jiǎn)單的數(shù)量增減，而是腦控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域質(zhì)的變化。謝松云表示，上述系統(tǒng)中對(duì)于腦特征的誘發(fā)，主要采用3種模式：視覺(jué)刺激、運(yùn)動(dòng)想象、事件想象。

“腦機(jī)一體化”讓腦控技術(shù)走向應(yīng)用

盡管實(shí)現(xiàn)了多模式腦特征的提取，但腦機(jī)接口的一些固有局限性，如速度慢、正確率不夠高等，仍是國(guó)際上腦控技術(shù)的一大障礙。為解決這一問(wèn)題，謝松云教授團(tuán)隊(duì)率先提出了“腦機(jī)一體化”概念，有力推動(dòng)了腦控技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

通俗講，“腦機(jī)一體化”就是通過(guò)腦機(jī)接口，將大腦的智力和基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的人工智能結(jié)合起來(lái)，把大腦作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，構(gòu)成一個(gè)既有大腦的靈活和智能，又有計(jì)算機(jī)的高速和大容量的新型系統(tǒng)，用于對(duì)各種設(shè)備與系統(tǒng)的控制。

“它既不是完全依靠‘腦’，也不是完全依靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行全程控制，這樣可以大幅度提高系統(tǒng)的智能化和適應(yīng)性。”比如，在未來(lái)無(wú)人駕駛汽車(chē)應(yīng)用中，汽車(chē)的運(yùn)行主要靠基于人工智能技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，但是人工智能系統(tǒng)的“智能”則是依靠它所經(jīng)歷過(guò)的場(chǎng)景，這樣的場(chǎng)景是非常多的，常規(guī)的智能系統(tǒng)不可能經(jīng)歷所有場(chǎng)景，這就是當(dāng)前的無(wú)人駕駛汽車(chē)發(fā)生交通事故的原因所在。

加入了腦控，可以在可能發(fā)生事故的瞬間，及時(shí)發(fā)出各種警示和模式切換指令，避免交通事故，提高靈活性。

正是基于這樣的理念，謝松云將長(zhǎng)期理論研究的成果應(yīng)用于實(shí)際的腦控技術(shù)。比如，在腦信號(hào)采集方式上。

腦信號(hào)的采集，可以分為腦植入電極的“侵入式”和無(wú)植入的“非侵入式”。“侵入式”就是將腦電檢測(cè)的電極植入大腦，這種方式采集的信號(hào)強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)。但顯然，這種方式會(huì)對(duì)人體造成創(chuàng)傷，除非特殊情況，否則很少有人愿意接受這種方式。

另一種就是“非侵入式”，也就是目前多見(jiàn)的、在頭上佩戴一種腦電檢測(cè)裝置。相比之下，“非侵入”式裝置穩(wěn)定性不強(qiáng)，要想獲得穩(wěn)定的特征信號(hào)，通常需要較多的采集電極，這樣的多導(dǎo)聯(lián)裝置由于穿戴不方便，限制了推廣應(yīng)用。

謝松云團(tuán)隊(duì)成功突破了這項(xiàng)難題，在少導(dǎo)聯(lián)精確性上作出多項(xiàng)創(chuàng)新，提高了信號(hào)傳輸?shù)木珳?zhǔn)度與實(shí)時(shí)性，在相關(guān)技術(shù)上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。