“腦—腦”通信模式研究

摘 要：人身上都有磁場(chǎng)，但人思考的時(shí)候，磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生改變，形成一種生物電流通過磁場(chǎng)，而形成腦電波。腦電波也是一種電磁波，可以攜帶信息以及能量，而且不需要通過介質(zhì)就可以傳輸，因此把這種直接通過腦電波來通信的方式叫做“腦-腦”通信模式，實(shí)現(xiàn)意識(shí)交流。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)工程研究所的專家們成功地研制出“腦-機(jī)接口”系統(tǒng)（大腦和外界之間建立起一種直接的交流通道）的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種新的通信模式。該通信模式是在現(xiàn)有通信方式的基礎(chǔ)上外加“腦-機(jī)接口”系統(tǒng)建立而成，也需要利用調(diào)制與解調(diào)技術(shù)，只是在發(fā)射與接收信號(hào)上利用的技術(shù)不同而已。而且在這種通信方式中，人的大腦這臺(tái)龐大的機(jī)器占有極大的主導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：腦電波 意識(shí)交流 “腦-機(jī)接口”系統(tǒng)（BMI） “腦-腦”通信模式

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）010-100-03

1 引言

隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，通信技術(shù)也得到了很大的提高，先后出現(xiàn)了3G，4G等新型移動(dòng)通信技術(shù)，但是卻依然不能滿足一些人群的需要，如聾啞等殘疾人。因此需要出現(xiàn)一種新型的通信方式來滿足這些人群的需要，筆者所提出的這種“腦-腦”通信模式就是這種新型的通信方式。人的大腦就是一臺(tái)功能強(qiáng)大的通信設(shè)備，同時(shí)具有編碼器和譯碼器，可以把很多外在信號(hào)翻譯為大腦可以識(shí)別的信號(hào)，例如把聲音信號(hào)翻譯為電信號(hào)。由于人的大腦在思維活動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生腦電波信號(hào)，雖然是一種低頻微弱信號(hào)，但是只要加以利用就同樣可以被人腦識(shí)別的，這就是我提出“腦-腦”通信模式的一些基礎(chǔ)。

這種通信方式可以實(shí)現(xiàn)私密話的交流，真正達(dá)到“一切盡在不言中”的效果。情人間不需要再用眉目傳情了，在人多的場(chǎng)合下就可以直接私密交流了；圖書館、自習(xí)室、會(huì)議室等地方可以私下交流而不影響他人。因?yàn)椴恍枰ㄟ^空氣這種介質(zhì)作為信道傳輸，因此在太空中也可以使用這種通信方式。

2 實(shí)現(xiàn)

2.1 理論依據(jù)

2.1.1 通信系統(tǒng)基本模型

通信系統(tǒng)基本模型包括：信源，發(fā)送設(shè)備，信道，接收設(shè)備，信宿，外加噪聲源。

2.1.2 腦電波

（1）腦電波形成條件：

1）同步化：節(jié)律性的腦電波是許多神經(jīng)元同時(shí)活動(dòng)和同時(shí)抑制的結(jié)果。只有頻率與位相皆相同，總和出來的波幅才能較大，否則就會(huì)相互抵消，甚至記錄不出電位變化。通常，同步化的程度越大，則波幅越大而頻率越低；反之，去同步化的程度越大，則波幅越小而頻率越高。

2）神經(jīng)元的排列方向一致：大腦皮層的錐體細(xì)胞排列非常整齊，其頂樹突都伸向皮層表面，因此，腦電波的形成，極有可能是由于許多錐體細(xì)胞產(chǎn)生的電位自細(xì)胞體傳向皮層表面的結(jié)果。當(dāng)這些錐體細(xì)胞進(jìn)行同步活動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電場(chǎng)，才能在皮層表面記錄出來。

（2）腦電波的高度特異性。

每個(gè)人的腦電波特征碼都是唯一的——腦電波指紋，因此，可以用于身份的鑒定。

（3）腦電波原理。

大腦工作時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞中離子運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流，大腦150億的神經(jīng)元（腦細(xì)胞）不斷釋放出微電流。大腦總的電流活動(dòng)情況可以用腦電分析儀（EEG）測(cè)量記錄下來，這種大腦電流活動(dòng)的形態(tài)各不相同，有快有慢，由此產(chǎn)生了各種頻率的腦電波。科學(xué)界公認(rèn)的腦電波主要有四種狀態(tài)，神經(jīng)科學(xué)界根據(jù)腦波的頻率分成四個(gè)主要類別：震蕩頻率范圍分別為8Hz-14Hz、14Hz-100Hz、4Hz-8Hz、0.5Hz-4Hz。

2.2 運(yùn)用依據(jù)

2.2.1 電子精神控制技術(shù)

電子精神控制技術(shù)是通過高靈敏的接收元件接收并放大大腦活動(dòng)所產(chǎn)生的微弱腦電波電磁輻射信號(hào)，經(jīng)專門的譯碼軟件處理就可讀懂大腦內(nèi)部的思維活動(dòng)，反過來通過向神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)射調(diào)制后的特定腦電波信號(hào)，也可以向人腦直接寫入信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人腦的直接遙控。

2.2.2 其他運(yùn)用實(shí)例

如腦電波控制小球升降，通過腦電波控制機(jī)器運(yùn)行（清華成功研制意念控物電腦，用腦電波控制機(jī)器狗踢球），腦電波對(duì)抗游戲等等。

3 “腦腦”通信模型構(gòu)思

裝置：發(fā)送調(diào)制后的腦電波信號(hào)，或者接收解調(diào)后的腦電波信號(hào)；基站：用于遠(yuǎn)距離通信時(shí)，類似于聯(lián)通、移動(dòng)等的基站。人的大腦是一部功能強(qiáng)大的通信設(shè)備，同時(shí)具有編碼器與譯碼器功能。該模型涉及到的學(xué)科有物理，生物，醫(yī)學(xué)，信息等；領(lǐng)域有信息技術(shù)，生物技術(shù)，新材料等。

4 模型設(shè)計(jì)及核心思想

4.1 關(guān)鍵問題

人的大腦如何識(shí)別這些腦電波信號(hào)？我們知道，現(xiàn)在我們?nèi)粘＝涣鞫际峭ㄟ^聲音信號(hào)，因?yàn)槁暡ㄊ菣C(jī)械波，可以產(chǎn)生振動(dòng)。聲音傳到耳朵里，引起耳內(nèi)耳蝸管的振動(dòng)，并傳到聽覺神經(jīng)，最后傳到大腦，從而使人能夠聽到聲音。而我們現(xiàn)在要通過腦電波交流的話，最重要的問題就是人的大腦如何識(shí)別外來的腦電波信號(hào)。如果大腦不能識(shí)別這些信號(hào)，就不能實(shí)現(xiàn)交流，就不能完成雙方通信了。因此，現(xiàn)在我們需要解決的難題就是如何讓我們的大腦來識(shí)別這些外來的腦電波信號(hào)，或者說是我們大腦如何接收他人的腦電波信號(hào)。

4.2 解決方案

方案一：轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇粜盘?hào)傳給大腦。

我們知道人可用兩種方式獲得聲音信號(hào)：（1）通過聲波直接傳到耳朵，引起聽骨的振動(dòng)，產(chǎn)生微弱的電信號(hào)，大腦感知聲音；（2）把振動(dòng)體放在耳后的聽骨上，直接把聲音傳到聽骨上，產(chǎn)生電信號(hào)，讓大腦感知聲音?，F(xiàn)在已經(jīng)有技術(shù)可以將人的腦電波信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇粜盘?hào)了，然后我們可以利用骨傳聲耳機(jī)直接將轉(zhuǎn)變后的聲音傳信號(hào)傳遞給聽覺神經(jīng)，從而讓聾啞人之間可以交流了。聲音通過頭骨、頜骨傳到聽覺神經(jīng)，引起聽覺叫骨傳導(dǎo)，骨傳聲耳機(jī)是就是利用骨傳導(dǎo)原理制成的。

方案二：腦電波信號(hào)直接傳給大腦。

人的大腦可以產(chǎn)生腦電波信號(hào)，也就可以接收腦電波信號(hào)，只不過不能直接就那樣接收。大腦思維是通過短距離高壓放電的電活動(dòng)來產(chǎn)生和工作的，大腦的信息讀取是通過神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)生的電位差來讀取電信號(hào)的。換而言之，除非我們能夠讓目標(biāo)大腦產(chǎn)生一個(gè)精確的電位差。否則對(duì)方大腦不能接收這個(gè)信號(hào)，就像給自己手機(jī)開辦了短信業(yè)務(wù)，對(duì)方收不到你短信。我們傳遞過去的腦波信號(hào)，不過是噪音而已。因此，筆者認(rèn)為最起碼我們發(fā)過去的腦電波要變成和對(duì)方同頻率的信號(hào)，引起共鳴。但即使是同頻信號(hào)，雖會(huì)產(chǎn)生一定作用。但是，由于這些同頻干涉波，會(huì)讓大腦的正常活動(dòng)受到電磁干擾而發(fā)生偏移，產(chǎn)生幻覺，疼痛，心血來潮，突然脾氣爆發(fā)等等。

所以要讓對(duì)方大腦能夠接收外來的腦電波信號(hào)，就必須把這些外來的腦電波信號(hào)“同化”，讓自己的大腦能夠識(shí)別他人的腦電波信號(hào)。這種把他人的腦電波信號(hào)“同化”的技術(shù)已經(jīng)有了，雖然還不成熟，但足以說明這樣的做法是可以實(shí)現(xiàn)的。其中腦電波指紋儀就是其中的代表，腦電波指紋儀除了可以接收人的腦電波外，同時(shí)也能通過反饋將腦電波信號(hào)傳送給被害人的聽覺神徑，而且不是通過聲波，而是一種能被人接收的腦電波機(jī)反饋信號(hào)。也就是說腦電波指紋儀能夠?qū)⑺说哪X電波信號(hào)“同化”成能被自己大腦接收的信號(hào)。

4.3 突破點(diǎn)，創(chuàng)新點(diǎn)

（1）無介質(zhì)傳輸，因?yàn)槟X電波區(qū)別于聲波這種機(jī)械波，腦電波是一種電磁波，可以不通過介質(zhì)傳輸。

（2）提出了大腦接收腦電波的方式，解決了以往只能采集腦電波信號(hào)，通過儀器來分析這些信號(hào)而識(shí)別大腦活動(dòng)和大腦意識(shí)。這種突破可以實(shí)現(xiàn)人的意識(shí)交流，人的大腦直接讀懂他人的意識(shí)。

（3）手機(jī)等通信設(shè)備只能一次性接收一方信號(hào)，而人的大腦可以同時(shí)接收多方信號(hào)。正如我們?cè)诮徽剷r(shí)，可以和多個(gè)人交談，聽取多人的意見。

（4）直接利用大腦這臺(tái)龐大的通信設(shè)備，同時(shí)具有編碼器與譯碼器功能，從而省去了其他通信設(shè)備中編碼解碼技術(shù)。

5 最終模型

由于腦電波信號(hào)是小信號(hào)，頻率很低，即使距離很近，也根本不足以傳播出去。因此還是需要加載到高頻信號(hào)才能傳輸出去。而在接收方必須將解調(diào)后的腦電波信號(hào)“同化”后才能接收。

6 不足之處

（1）噪聲干擾。因?yàn)槟X波信號(hào)本就很微弱，是低頻信號(hào)，如果有很強(qiáng)的噪聲干擾的話，整個(gè)信號(hào)就變成了噪聲信號(hào)，那么對(duì)方收到的就不是腦電波信號(hào)，就變成了噪音。這些噪音進(jìn)入人的大腦，會(huì)嚴(yán)重影響人的大腦正常工作，讓大腦產(chǎn)生幻覺，疼痛等。

（2）材料昂貴?，F(xiàn)如今安放在人大腦上的硬件裝置是由一種昂貴的碗狀的帽子組成，上面布滿電極；而需要“同化”腦電波的裝置也很昂貴。

（3）不夠便捷。安放裝置比較麻煩，這種帽子要戴在人頭上很費(fèi)時(shí)間，而且需要在人的腦袋上涂上凝膠體，將電極粘在頭皮上，以此把電極和大腦皮層連接起來。這些加起來的裝置戴在頭上很是笨重，人行動(dòng)起來很是不方便。

（4）技術(shù)不成熟?，F(xiàn)如今與腦電波相關(guān)的技術(shù)還不是很成熟，對(duì)大腦的研究還處于探索階段，還有一段很長(zhǎng)的路。

7 展望

（1）由于腦電波具有高度特異性，每個(gè)人的腦電波特征碼都是唯一的——腦電波指紋，類似人的手指指紋。只有利用自身腦電波指紋才能接收到腦電波信號(hào)，而旁邊的人因?yàn)槟X電波指紋不同而無法收到這種腦電波信號(hào)，所以用腦電波信號(hào)交流的這種通信方式保密性很好。因此將其運(yùn)用到一些機(jī)密會(huì)談上很是適用。

（2）由于不需要介質(zhì)傳輸，這種通信方式也很適合運(yùn)用到太空飛行員，空間站人等的相互交流；一些聾啞人更可以利用這種通信方式交流。而且研究開發(fā)這種通信技術(shù)，對(duì)探索大腦功用也取到一定推動(dòng)幫助作用。

8 結(jié)束語

這套模型能否制作出來，還有待需要做一些實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證，由于沒有一些儀器設(shè)備以及材料，筆者無法將這個(gè)模型或者這個(gè)實(shí)物制作出來，但是只要給充足的實(shí)驗(yàn)條件，經(jīng)過一些實(shí)驗(yàn)是可以做出這個(gè)模型的。一些不足之處也可以想辦法來加以改善的，例如噪聲干擾的問題可以通過加濾波器來改善；裝置不夠便捷，可以改用納米材料。用納米材料植入到大腦神經(jīng)，這種方法有一定的風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)影響人的大腦中樞運(yùn)作，不能輕易嘗試，需要反復(fù)做實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真研究方可實(shí)行。而且剛開始的運(yùn)用也只能是在一些動(dòng)物身上，因?yàn)槿说拇竽X中樞還是比較脆弱的，很容易損壞大腦組織。

這種通信方式能不能真正實(shí)現(xiàn)，還有很多因素制約著，但筆者認(rèn)為這種通信模式是可以行得通的。

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