執(zhí)行我意念

單手托住一個(gè)球，集中注意力，默念三聲：Wingardium Leviosa（溫嘎迪姆 勒維奧薩），只見(jiàn)那個(gè)球體開(kāi)始脫離你的掌心，慢慢升起……

這不是哈利·波特念的“飛行咒”。做到同樣不可思議的事，哈利靠魔法，麻瓜有科技（麻瓜即不會(huì)魔法者）。

在今年1月美國(guó)拉斯維加斯消費(fèi)電子展上，一款用“意念”控制的飛行球玩具Puzzlebox Orbit，引起媒體廣泛關(guān)注。各路記者紛紛上前試用：戴上腦電波耳機(jī)，集中注意力——飛行球升空了！

麻瓜腦電生魔法

正如英國(guó)科幻大師阿瑟·克拉克所言，“任何足夠先進(jìn)的技術(shù)，初看都與魔法無(wú)異”。意念控制正是這樣一種技術(shù)。

用意念控制物體當(dāng)然不是魔法，而是實(shí)實(shí)在在的現(xiàn)代科技。還記得醫(yī)院里的腦電圖嗎？它能用來(lái)觀察睡眠是否紊亂，診斷癲癇、昏迷和腦死亡，意念控制用的也是相同原理。

意念控制的更準(zhǔn)確稱呼應(yīng)該是“腦電波控制”，用人的腦電波狀態(tài)作為控制動(dòng)作的發(fā)起方。大腦由神經(jīng)元組成，神經(jīng)元上存儲(chǔ)著正電荷或負(fù)電荷，電荷的多少被轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白上攜帶的離子不斷改變，神經(jīng)元也因此不斷對(duì)外“放電”。

當(dāng)許多同一方向的神經(jīng)元同時(shí)放電時(shí)，它們會(huì)推動(dòng)鄰近的神經(jīng)元也放電，繼而推動(dòng)下一級(jí)神經(jīng)元放電……如此往復(fù)。當(dāng)這些電荷到達(dá)頭皮時(shí)，會(huì)改變事先緊貼頭皮設(shè)置的電極上的電荷。如果頭上有兩個(gè)或更多的電極，那么電極間就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這個(gè)電勢(shì)差就是醫(yī)生檢測(cè)到的腦電波。

在用意念控制航模類飛行器之前，玩家需戴上特制的腦電波耳機(jī)。這種耳機(jī)有兩個(gè)電極，一個(gè)貼在前額上，一個(gè)夾在耳垂上，這兩個(gè)電極間的電勢(shì)“差值”就是腦電波。腦電波信號(hào)經(jīng)過(guò)耳機(jī)里的芯片處理后，得出反映大腦活躍程度的指標(biāo)——“注意力集中度”。腦電波耳機(jī)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線通信把“注意力集中度”傳到智能手機(jī)上，用一個(gè)app第三方應(yīng)用程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成控制指令，再通過(guò)接在耳機(jī)口上的紅外發(fā)射器操控飛行球、直升機(jī)航模等特制飛行器的起飛和空中動(dòng)作。

“腦機(jī)接口”新人生

所謂“注意力集中度”，即指向電極所在位置的所有神經(jīng)元活動(dòng)的總和。如果說(shuō)大腦里的神經(jīng)元是地球人，那么通過(guò)腦電波傳感器觀察神經(jīng)元活動(dòng)的“我們”就好比在太空中觀察人類活動(dòng)的外星人。大腦“注意力集中”時(shí)，就相當(dāng)于全球所有人徹夜不眠開(kāi)派對(duì)，外星人在高空UFO上只能感覺(jué)到整個(gè)地球都鬧哄哄的，但聽(tīng)不清哪個(gè)人在說(shuō)什么。“注意力分散”就相當(dāng)于全球所有人都不分晝夜睡懶覺(jué)，外星人就會(huì)覺(jué)得地球很安靜。

而腦電波耳機(jī)能將讀取到的腦電波通過(guò)頻譜分析，轉(zhuǎn)換成0至255之間的整數(shù)，數(shù)字越大表示“注意力”越集中。因此，當(dāng)操控者聚精會(huì)神想“起飛”時(shí)，由耳機(jī)傳出的關(guān)注指標(biāo)就會(huì)啟動(dòng)指令，讓飛行器“依令”升空。一旦注意力分散，飛行器就會(huì)降落。

這類由注意力控制的飛行器是“腦機(jī)接口”領(lǐng)域最簡(jiǎn)單的應(yīng)用?！澳X機(jī)接口”一詞包括大腦與計(jì)算機(jī)直接交流的所有通道，除了腦電圖以外，還有“功能性核磁共振成像”、人工耳蝸等等。

由于腦機(jī)接口研究目前仍處于非常初級(jí)的階段，所以其應(yīng)用還無(wú)法做到既簡(jiǎn)便又準(zhǔn)確。好消息是，在賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心讓猴子通過(guò)意念控制機(jī)械臂，抓了幾年香蕉之后，美國(guó)高位截癱患者蒂姆·赫姆斯在2011年成功用意念控制機(jī)械臂，握住了女友的手。

在網(wǎng)上流傳的兩段癱瘓者通過(guò)意念控制機(jī)械臂給自己喂飯的視頻中，患者都通過(guò)開(kāi)顱手術(shù)在大腦中植入了96個(gè)電極。這樣一來(lái)，能夠提供給計(jì)算機(jī)的原始腦電波信號(hào)就比較準(zhǔn)確，經(jīng)過(guò)演練的計(jì)算機(jī)程序就能分辨某人想像“往左移動(dòng)”和“抓取那塊巧克力”之間的區(qū)別。由于這幾位志愿者都獲得了一定程度的生活自理能力，賓夕法尼亞大學(xué)的研究者正準(zhǔn)備讓這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)入臨床試驗(yàn)，爭(zhēng)取早日讓有一定經(jīng)濟(jì)條件的高位截癱者先用上。

無(wú)創(chuàng)電極銳應(yīng)用

如果不想做開(kāi)顱手術(shù)，那么還有兩種相對(duì)簡(jiǎn)易的技術(shù)可以考慮：一種是無(wú)創(chuàng)的腦電波技術(shù)——在頭皮表面貼上許多電極，電極和頭皮之間還要灌注導(dǎo)電硅膠以確保良好的電氣連接。然后通過(guò)演練，讓計(jì)算機(jī)熟悉某人的不同想象，比如用左手還是右手、坐下、站立等，并找到與之對(duì)應(yīng)的腦電波區(qū)別。

德國(guó)柏林自由大學(xué)的人工智能教授勞爾·羅雅斯將這一技術(shù)與自動(dòng)駕駛技術(shù)相結(jié)合，于2011年2月舉行了“意念駕車秀”。在“秀”之前，駕駛員須對(duì)車載計(jì)算機(jī)進(jìn)行“訓(xùn)練”，使它的“識(shí)別算法”適應(yīng)駕駛員的想象模式。對(duì)于控制一輛能自動(dòng)駕駛的車來(lái)說(shuō)，車載計(jì)算機(jī)只需熟悉“前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車”這四個(gè)想象模式就夠了。

要“秀”了！駕駛員在車內(nèi)戴上腦電波傳感器，想象“推”，計(jì)算機(jī)將該意念識(shí)別為“前進(jìn)”，并轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，汽車便自動(dòng)前行了。同理，想象“左”的時(shí)候，汽車會(huì)選擇最近的路口左轉(zhuǎn)。至于汽車如何避開(kāi)行人，怎樣判斷何時(shí)轉(zhuǎn)彎、什么情況下不行，均由裝有激光雷達(dá)等避障傳感器的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)完成。

但無(wú)創(chuàng)腦電波技術(shù)也面臨一個(gè)難題：由于穿過(guò)顱骨到達(dá)頭皮的腦電波信號(hào)極其微弱，所以非常容易受外界環(huán)境干擾。在50赫茲交流電的辦公環(huán)境里用這種方式采集腦電波，就像你的女友在重金屬樂(lè)隊(duì)演出現(xiàn)場(chǎng)對(duì)你說(shuō)悄悄話一樣。雖然工程師想了很多辦法降低“樂(lè)隊(duì)”和“周圍觀眾”的音量，但你還是只能靠半聽(tīng)半猜來(lái)理解女友的意思。

另一種技術(shù)叫“事件相關(guān)電位”。當(dāng)人發(fā)現(xiàn)某個(gè)事件時(shí)，其腦電波的特定位置會(huì)出現(xiàn)電壓變化，其中有一種代號(hào)為P300的“內(nèi)源性事件相關(guān)電位成分”，會(huì)在人對(duì)外界刺激做出反應(yīng)時(shí)出現(xiàn)。

目前已有科技企業(yè)在研發(fā)通過(guò)P300電位成分信號(hào)控制輪椅機(jī)器人，在無(wú)需開(kāi)顱手術(shù)的情況下幫助癱瘓者獲得部分生活自理能力。其具體做法是在電動(dòng)輪椅上安裝一個(gè)機(jī)械臂和必要的傳感器，當(dāng)某人坐上去并戴上電極之后，其眼前的顯示屏?xí)霈F(xiàn)涵蓋四周環(huán)境的地圖，圖上標(biāo)有“廚房”，“客廳”等字樣，所有房間字樣會(huì)快速依次閃爍。如果你想去廚房，那么就盯著地圖上廚房的位置看。這樣，每當(dāng)廚房閃爍時(shí)，計(jì)算機(jī)就能檢測(cè)到人腦部的P300信號(hào)。如此重復(fù)幾次后，計(jì)算機(jī)就能通過(guò)分析圖片閃爍和P300信號(hào)出現(xiàn)之間的時(shí)間差，確定你選擇的是廚房而不是客廳，并讓電動(dòng)輪椅避開(kāi)障礙自動(dòng)到達(dá)廚房。

到了廚房后，顯示屏上會(huì)出現(xiàn)“開(kāi)冰箱”、“倒水”、“拿面包”之類的選項(xiàng)并輪流閃爍，而你就可以進(jìn)一步選擇，讓機(jī)械臂完成行動(dòng)。這種方式可能會(huì)讓人的生活變得像日式戀愛(ài)電子游戲那樣充斥選擇題——不知道是好事還是壞事。

腦機(jī)接口技術(shù)還有一些其他應(yīng)用：有人將腦電圖電極做成頭帶，監(jiān)控和分析睡眠狀態(tài)，幫助提升睡眠質(zhì)量；有人用光照射前額并通過(guò)“腦機(jī)接口”獲取大腦血氧濃度水平，輔助治療“小兒多動(dòng)癥”等。當(dāng)然，最讓大家期待的肯定還是既不用開(kāi)顱手術(shù)，又能讓周圍物體“執(zhí)行我意念”的“殺手級(jí)”應(yīng)用。

（本文作者為科普作家）