游戲“神”操作

楊洋

“公元2015年，一個(gè)巨大的人型生物侵襲了日本各大城市。奮起反擊的國(guó)聯(lián)軍，將該生物稱作‘使徒’。不過，就連最具殺傷力的‘N2地雷’，也只是在短時(shí)間內(nèi)減緩了‘使徒’的步伐。與此同時(shí)，一個(gè)名為碇真嗣的少年，被他的父親帶到了第三新東京市地下的NERV（德語中意思是‘神經(jīng)’）本部。在沒有受過任何特殊訓(xùn)練的情況下，真嗣就和EVA初號(hào)機(jī)達(dá)成同步，并肩作戰(zhàn)。由于真嗣不熟悉操作，也沒有實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，EVA初號(hào)機(jī)在遭到‘使徒’的簡(jiǎn)單攻擊后，就喪失了戰(zhàn)斗能力。但在真嗣昏迷的時(shí)候，EVA初號(hào)機(jī)竟奇跡般地再次啟動(dòng)，在失控的狀態(tài)下，EVA初號(hào)機(jī)依靠強(qiáng)大的力量將‘使徒’擊潰?！?/p>

喜愛動(dòng)漫的朋友想必早已經(jīng)看出來了，這是日本著名動(dòng)漫作品《新世紀(jì)福音戰(zhàn)士》中的一段描述。對(duì)于EVA機(jī)體的控制，是通過駕駛員與EVA機(jī)體神經(jīng)系統(tǒng)同步率的高低，來獲得相應(yīng)效率的機(jī)體控制權(quán)限的。同步率越高，EVA機(jī)體的穩(wěn)定性及操作的精確性就越高。從動(dòng)漫作品創(chuàng)作之初到現(xiàn)在，已經(jīng)過去了近20年，世界并沒有像劇情描述的那樣變了模樣，不過神經(jīng)系統(tǒng)控制器卻早已成為我們觸手可及的事物。

只知其音不知其意的神經(jīng)系統(tǒng)

要了解神經(jīng)系統(tǒng)控制器，我們首先要知道什么是神經(jīng)系統(tǒng)。

神經(jīng)系統(tǒng)由腦、脊髓、腦神經(jīng)、脊神經(jīng)、植物性神經(jīng)，以及各種神經(jīng)節(jié)組成，其基本結(jié)構(gòu)和功能單位是神經(jīng)元。它能協(xié)調(diào)軀體內(nèi)各器官、各系統(tǒng)的活動(dòng)，使之成為一個(gè)整體，并與外界環(huán)境發(fā)生相互作用。而神經(jīng)系統(tǒng)控制器，主要由神經(jīng)系統(tǒng)中大腦皮層的反射與傳導(dǎo)信息進(jìn)行控制。

大腦由上億個(gè)活躍的腦神經(jīng)組成，軸突的總長(zhǎng)度可達(dá)17萬千米，連起來可繞地球3圈多，人類大腦平均每天會(huì)產(chǎn)生7萬個(gè)想法。然而，人腦中復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)，是如何轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而操作并控制相關(guān)設(shè)備的呢？其實(shí)，就像人聲會(huì)被麥克風(fēng)“拾取”一樣，只要我們有相應(yīng)的傳感器，能夠捕捉到神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)的信息，并進(jìn)行“數(shù)模轉(zhuǎn)換”，將其變成電信號(hào)，再經(jīng)過特定的編碼器處理的話，一切問題就會(huì)迎刃而解。

不過，這種傳感器的制造難度非常大，主要問題就在于如何捕捉神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)信息。說到這里，我們就不得不提到人類的兩個(gè)生物現(xiàn)象——生物電和肌肉電。只要能順利觀察到這兩種現(xiàn)象，那么捕捉信息就不難了。

放電的腦細(xì)胞

生物電現(xiàn)象是生命活動(dòng)的基本特征之一，不論種類大小，只要是存在的生物生命體，都具有或強(qiáng)或弱的生物電。

1924年，德國(guó)的生理學(xué)家漢斯·伯格觀察到電鰻會(huì)發(fā)出電氣，他認(rèn)為人類身上必然也會(huì)存在著相同的現(xiàn)象。同年7月的一個(gè)傍晚，漢斯·伯格第一次在顱骨受損的病人頭部測(cè)到了極為微弱的電流。經(jīng)過近5年的漫長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，他終于確認(rèn)這股神秘的電流來自于腦部活動(dòng)。

也許你根本無法相信，人體內(nèi)竟然會(huì)有電流，不過這是事實(shí)。電流的源頭就是人類大腦中無數(shù)個(gè)“微小的發(fā)電站”——腦細(xì)胞，這些腦細(xì)胞都會(huì)釋放極其微弱的電流。不過，單個(gè)腦細(xì)胞產(chǎn)生的電流過于微弱，科學(xué)家很難從頭皮外部進(jìn)行測(cè)量。因此，只有一定數(shù)量的腦細(xì)胞共同放電，由此產(chǎn)生的集體電波才會(huì)被儀器檢測(cè)到。所以，目前研發(fā)的神經(jīng)系統(tǒng)控制器，往往捕捉的是集體電波。

如今，可用電子掃描儀檢測(cè)出的腦電波波段主要有4種，即δ波（1～3Hz）、θ波（4～7Hz）、α波（8～13Hz）、β波（14～30Hz）。

δ波的頻率為每秒1～3次，嬰兒、極度疲勞和處于昏睡狀態(tài)的成年人的大腦中，都會(huì)出現(xiàn)這種波段。

θ波的頻率為每秒4～7次，成年人在情緒受挫、情感抑郁時(shí)，大腦中就會(huì)出現(xiàn)這種波段。不過，θ波主要還是少年（10～17歲）大腦中的首要腦電波。

α波的頻率為每秒8～13次，它是成年人腦電波的基本節(jié)律，如果沒有外加的刺激，其頻率是相當(dāng)恒定的。人在處于清醒或平靜的狀態(tài)時(shí)，這種節(jié)律最為明顯，一旦受到刺激，α波會(huì)立刻消失。

β波的頻率為每秒14～30次，當(dāng)人們精神緊張、情緒激動(dòng)或非?？簥^時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種腦電波。當(dāng)α波快速消失時(shí)，往往出現(xiàn)的就是β波。

不過，科學(xué)家們認(rèn)為還有大于35Hz的腦電波——γ波。這種腦電波的頻率過高，長(zhǎng)期處于該狀態(tài)下的人會(huì)有生命危險(xiǎn)。

這些形形色色的腦電波，形成了人類各種各樣的神經(jīng)活動(dòng)，從而表現(xiàn)為不同的大腦活動(dòng)狀態(tài)。而神經(jīng)系統(tǒng)控制器的捕捉對(duì)象正是這些腦電波，不同的腦波模式會(huì)發(fā)出不同振幅、頻率的腦電波，控制器依靠對(duì)這些腦電波的檢測(cè)，就能分析出控制人的思想活動(dòng)和精神狀態(tài)。然而除了腦電波外，肌肉的收縮也會(huì)產(chǎn)生電流！我們將這種現(xiàn)象稱為肌肉電。

無時(shí)無刻不放電

第一位觀察到肌肉電現(xiàn)象的是意大利解剖學(xué)家路易吉·伽伐尼。1791年，他做了一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)：利用金屬棒將青蛙小腿的肌肉去極化。當(dāng)他用電流棒刺激青蛙肌肉的時(shí)候，他發(fā)現(xiàn)這塊肌肉會(huì)急劇收縮，并產(chǎn)生力量。這次重大發(fā)現(xiàn)最終促使了神經(jīng)生理學(xué)的誕生，路易吉·伽伐尼也因此被后人稱為神經(jīng)生理學(xué)之父。

科學(xué)家們對(duì)這種由肌肉產(chǎn)生的電流非常感興趣，但由于當(dāng)時(shí)的科技水平落后，人們還很難對(duì)肌肉活動(dòng)產(chǎn)生的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。1922年，美國(guó)科學(xué)家蓋瑟與厄爾蘭格利用陰極射線示波器，終于“看”到了肌肉產(chǎn)生的電流訊號(hào)，他們也因此獲得了1944年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。直到那時(shí)，人們觀察肌肉電流現(xiàn)象的技術(shù)才初步成熟。

如今，我們已經(jīng)觀測(cè)到，心臟跳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生1～2毫伏的電壓，眼睛開閉會(huì)產(chǎn)生5～6毫伏的電壓，而思考問題時(shí)大腦會(huì)產(chǎn)生0.2～1毫伏的電壓。經(jīng)過科學(xué)家們的不斷實(shí)驗(yàn)，大腦皮層中大部分控制具體活動(dòng)所對(duì)應(yīng)的身體部位已經(jīng)被定義。比如，大腦頂部的神經(jīng)元主要控制四肢，大腦后部的神經(jīng)元主要控制眼睛。

正是依靠監(jiān)測(cè)肌肉電流產(chǎn)生的電壓大小，以及大腦神經(jīng)的活躍部位，如今的神經(jīng)系統(tǒng)控制器才能將人類的動(dòng)作投射到游戲屏幕上。

神經(jīng)系統(tǒng)控制器的工作模式

游戲依靠“神”操作，是目前游戲開發(fā)商們的主要研究方向和目標(biāo)。他們渴望利用人類的生物電現(xiàn)象和肌肉電現(xiàn)象，為我們提供更舒適的游戲體驗(yàn)。

如今神經(jīng)系統(tǒng)控制器的工作模式大同小異，不過在不同的游戲類型中，控制器的工作模式就有所不同了。

當(dāng)玩家在操作動(dòng)作游戲時(shí)，控制器會(huì)將主要的捕捉對(duì)象定位于肌肉電流。例如，當(dāng)大腦頂部產(chǎn)生3～5毫伏的電壓時(shí)，控制器就可以通過分析得知：玩家渴望活動(dòng)四肢。之后，控制器會(huì)著重監(jiān)視這塊區(qū)域的電流狀況，不同大小的電壓能夠顯示出玩家具體希望活動(dòng)的是雙腳還是雙手。

實(shí)戰(zhàn)實(shí)戰(zhàn)

一款高科技的設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室里顯然得不到真正的考驗(yàn)，只有將它推向市場(chǎng)，并獲得用戶的認(rèn)可，才能證明它是真漢子！

2008年，來自美國(guó)加州的神經(jīng)科技公司率先在GDC大會(huì)上展示了全球首款神經(jīng)系統(tǒng)控制器——ProjectEpoc系統(tǒng)。使用者戴上這套控制器之后，只要通過意志和情感，就能對(duì)游戲中的角色進(jìn)行操控。這套產(chǎn)品除了為玩家的游戲操作帶來更多的便利外，更令人無法拒絕的是，它的售價(jià)僅為299美元。這就是世界上第一套依靠人類大腦來控制游戲的系統(tǒng)。

ProjectEpoc系統(tǒng)主要部件的形狀類似于一個(gè)自行車頭盔，上面安裝了16個(gè)傳感器。ProjectEpoc運(yùn)用一種被稱為非侵入性的腦電波儀技術(shù)，感測(cè)并學(xué)習(xí)每個(gè)使用者大腦神經(jīng)元的電信號(hào)模式，讀取使用者大腦對(duì)特定動(dòng)作產(chǎn)生的定義，通過應(yīng)用程序進(jìn)行分析解讀，其后轉(zhuǎn)化成電腦或游戲機(jī)能理解的訊息，解讀其意念、感覺與情緒，再以無線傳輸?shù)男问皆跓赡簧蠌?fù)制出同樣的動(dòng)作。而且，ProjectEpoc還能讓游戲中的虛擬人物模仿玩家的面部表情，甚至讓虛擬人物在游戲中根據(jù)玩家的意念移動(dòng)指定的物品。

負(fù)責(zé)產(chǎn)品研發(fā)的布林稱，與手寫體和語音識(shí)別一樣，ProjectEpoc系統(tǒng)也需要使用者進(jìn)行一段時(shí)間的學(xué)習(xí)。在使用前，玩家需要完成一系列的敏感性調(diào)整，使設(shè)備更富個(gè)性化。首先需要訓(xùn)練的是“中和信號(hào)”。所謂中和，就是不用玩家做任何事情，只需要放松。在這個(gè)過程中，設(shè)備會(huì)給玩家建立一個(gè)地基，或稱為大腦的普通模式，因?yàn)槊總€(gè)人的大腦都是不同的。然后，使用者要完成一個(gè)短暫的適應(yīng)性測(cè)試，在測(cè)試中，使用者需要通過意念，在眾多的彩色方塊中控制特定的方塊做出各種運(yùn)動(dòng)。比如讓藍(lán)色方塊前進(jìn)、紅色方塊后退、綠色方塊消失等等。這有點(diǎn)類似于游戲手柄或者鍵盤的按鍵映射，這套測(cè)試會(huì)告訴控制器，在使用者的意念中，哪段電波控制上下，哪段電波控制左右。

不過，ProjectEpoc系統(tǒng)畢竟是6年前的產(chǎn)物，仍然有許多技術(shù)需要改進(jìn)。由于頭盔最重要的部分是16個(gè)感測(cè)器，因此頭盔的佩戴還頗有學(xué)問，要調(diào)整到特定位置才能達(dá)到最佳的游戲效果。而且，玩家在使用時(shí)頭部晃動(dòng)幅度不能過大。最“令人發(fā)指”的是，ProjectEpoc仍然需要你做出實(shí)際動(dòng)作，以此讓設(shè)備作出相對(duì)感應(yīng)。

為了讓玩家擁有更好的游戲體驗(yàn)，2012年，全球范圍內(nèi)至少有10余款神經(jīng)系統(tǒng)游戲控制器問世。美國(guó)OCZ公司研發(fā)了Neural Impulse Actuator系統(tǒng)，NeuroSky公司推出了MindSet（腦波控制頭盔）。2013年11月，我國(guó)也誕生了首臺(tái)意念控制機(jī)器人。

如今，越來越多的人關(guān)注到了神經(jīng)系統(tǒng)控制領(lǐng)域。神經(jīng)科學(xué)家艾倫·斯奈德認(rèn)為，在下一代遙控裝置中，神經(jīng)系統(tǒng)控制器一定能取代遙控手柄。日本任天堂總裁巖田聰也表示：“當(dāng)我們?cè)诖竽X中浮現(xiàn)所想時(shí)，這些圖像就會(huì)出現(xiàn)在視頻游戲之中，今后你可能會(huì)非常需要這樣的頭盔裝置。”

《新世紀(jì)福音戰(zhàn)士》的動(dòng)漫劇情雖然帶有濃重的宗教幻想氣息，但對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活而言，它一定有著某些指點(diǎn)未來的能力。如果說Wii的出現(xiàn)顛覆了一代操縱方式的話，那么神經(jīng)系統(tǒng)控制器無疑將是下一次更加徹底的革命。

相關(guān)鏈接

軸突：它指的是動(dòng)物神經(jīng)元傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)離開細(xì)胞體的細(xì)而長(zhǎng)的突起。軸突是神經(jīng)元的輸出通道，作用是將細(xì)胞體發(fā)出的神經(jīng)沖動(dòng)傳遞給另一個(gè)或多個(gè)神經(jīng)元或分布在肌肉或腺體的效應(yīng)器。在神經(jīng)系統(tǒng)中，軸突是主要的信號(hào)傳遞渠道。

去極化：它指的是跨膜電位處于較原來的參照狀態(tài)下的跨膜電位更正（膜電位的絕對(duì)值較低）的狀態(tài)。去極化是通過向膜外的電流流動(dòng)或改變外液的離子成分而產(chǎn)生的。

GDC：它是世界著名的游戲開發(fā)者大會(huì)，是全球科技水平最高、參與人數(shù)最多、影響力最大的電子游戲業(yè)盛會(huì)。

Wii：它是日本任天堂公司推出的家用游戲主機(jī)，它的主要功能包括：?jiǎn)问诌b控、指向定位及動(dòng)作感應(yīng)。