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| 本文作者： 柏蓉 | 2016-05-09 09:46 |
5月5日，云睿智能EEGSmart（以下簡(jiǎn)稱“EEGSmart”）在中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱“先進(jìn)院”）舉辦第一屆中國(guó)腦電峰會(huì)。這次會(huì)議邀請(qǐng)不少腦電學(xué)術(shù)界知名人物，包括先進(jìn)院先進(jìn)集成技術(shù)研究所所長(zhǎng)兼EEGSmart首席科學(xué)家李光林、中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)堯德中、華南理工“腦機(jī)接口與腦信息處理研究中心”主任李遠(yuǎn)清、西安交大機(jī)械學(xué)院副院長(zhǎng)徐光華等。
與互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)主打趨勢(shì)和商業(yè)頗為不同，這次腦電峰會(huì)更像是一次學(xué)術(shù)進(jìn)展報(bào)告。上述的專家學(xué)者就腦電起源、歷程、現(xiàn)狀以及最新科研成果向人們做了一次介紹。
人們對(duì)腦電的研究最早可以追溯到1857年，英國(guó)生理科學(xué)工作者卡通（R.Caton）在兔腦和猴腦上記錄到了腦電活動(dòng)。目前，隨著更多關(guān)于大腦的研究逐漸豐富，比如歐盟2013年開(kāi)展的大腦工程，美國(guó)2014年啟動(dòng)的腦計(jì)劃等，人們對(duì)腦電的研究也逐漸深入
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，腦電是腦神經(jīng)興奮時(shí)產(chǎn)生的電信號(hào)，和心臟產(chǎn)生的心電、肌肉產(chǎn)生的肌電一樣，都屬于生物電。這些生物電數(shù)據(jù)被專家認(rèn)為是蘊(yùn)藏著巨大的信息，尤其是腦電。
大腦不同區(qū)域有著不同的職責(zé)和功能，相應(yīng)地，不同腦區(qū)的產(chǎn)生的電信號(hào)有著不同的含義。比如大腦左額葉的布洛卡區(qū)為語(yǔ)言運(yùn)動(dòng)中樞，主要功能是編制發(fā)音程序。當(dāng)這個(gè)區(qū)域的大腦皮層的電信號(hào)很活躍的時(shí)候，將意味著人們?cè)谶M(jìn)行說(shuō)話歌唱等行為。
為了收集這些寶貴的腦電信號(hào)，業(yè)界采用了三種方式：（腦電極）植入式、半植入式以及非植入式。前面兩者需要把電極內(nèi)置頭骨之下，與大腦皮層接觸。最后一種是將電極與頭皮接觸。相應(yīng)地，前兩者的精度高干擾少，而最后一種信號(hào)弱、干擾多等。
每天活躍的腦電信號(hào)被人們以腦電波的形式進(jìn)行表達(dá)。一般情況下，人們可以通過(guò)收集到的原始腦電信號(hào)數(shù)據(jù)分離出四種波段，分別為α（阿爾法）、β（貝塔）、θ（西塔）、δ（德兒塔）。而它們的出現(xiàn)也有不同含義，如下圖：
截止目前，人們收集腦電數(shù)據(jù)更普遍的用途是神經(jīng)功能的評(píng)價(jià)和診斷，比如腦電是診斷癲癇的必要依據(jù)，是診斷各種顱內(nèi)病變的參考指數(shù)。此外，還可以利用腦電信號(hào)數(shù)據(jù)來(lái)研究大腦的認(rèn)知機(jī)制、腦機(jī)接口等學(xué)術(shù)和臨床方面。但是，人們認(rèn)為隱藏著感覺(jué)、知覺(jué)、注意、記憶、思維、想象、言語(yǔ)等心理認(rèn)知過(guò)程的腦電并不應(yīng)該只限制于這些方面，它應(yīng)該擁有更廣闊的運(yùn)用領(lǐng)域和市場(chǎng)前景。
由此，在應(yīng)用領(lǐng)域有了意念控制：利用腦電電極片收集腦電信號(hào)形成腦電波，并通過(guò)相應(yīng)算法“翻譯”出當(dāng)中含義，最終實(shí)現(xiàn)識(shí)別和控制。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，目前被人們廣泛接受的意念控制是利用腦電信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制，就像人們用語(yǔ)音進(jìn)行控制一樣。
舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。被《時(shí)代》雜志評(píng)為人類歷史上最偉大的100款玩具之一的MindFlex就是一款意念控制玩具。玩家主要集中注意力讓大腦相應(yīng)腦區(qū)產(chǎn)生腦電信號(hào)，就可以讓小球懸浮起來(lái)。再比如，風(fēng)靡全球的意念貓耳朵necomimi，是通過(guò)采集腦電信號(hào)進(jìn)而判斷用戶精神情緒狀態(tài)，最后反應(yīng)在“貓耳”上——豎立意味著注意力集中、下垂意味著精神放松。
在大會(huì)期間，EEGSmart CEO賀超向雷鋒網(wǎng)透露，他們正在開(kāi)發(fā)一款腦電VR眼鏡。雖然賀超想保持神秘，沒(méi)有具體告知這是一款怎樣的產(chǎn)品。但通過(guò)專利查詢我們可以知道這款“腦電VR眼鏡”在固定的頭帶部分增加了腦電信號(hào)采集的電極，分別采集了大腦左右中央?yún)^(qū)以及左右枕葉區(qū)的電信號(hào)，即C3、C4和O1、O2區(qū)域。收集得到的數(shù)據(jù)將會(huì)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)浇K端進(jìn)行計(jì)算。由此，我們可以得知，這是一款分體機(jī)。
說(shuō)到VR+腦電，小編馬上想起今年年初宣布獲得1億美元融資的瑞士公司MindMaze。這家公司先是利用VR模擬出中風(fēng)康復(fù)患者的四肢。此后，病人便可以通過(guò)腦電來(lái)控制虛擬的四肢，實(shí)現(xiàn)“閑置”腦神經(jīng)的鍛煉，甚至能修復(fù)受損的腦神經(jīng)。在MindMaze的案例中，腦電扮演著一種控制手段，而且還是延續(xù)了康復(fù)機(jī)器人對(duì)腦電利用的思路。
至于賀超提出的“腦電在VR應(yīng)用方案”則是利用EEGSmart的技術(shù)方案識(shí)別用戶的精神情緒并反饋到內(nèi)容當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容與人的互動(dòng)。從這個(gè)角度看，EEGSmart的腦電VR方案屬于一種輸入。和基于慣性傳感器的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)、光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)捕捉動(dòng)作數(shù)據(jù)并輸入內(nèi)容相似，EEGSmart的腦電VR則是把用戶的精神情緒狀態(tài)數(shù)據(jù)映射到內(nèi)容中。從某種程度上說(shuō)，腦電VR比目前的VR設(shè)備多了一個(gè)信息維度。
對(duì)此，賀超舉了好幾個(gè)例子。比如在成人VR體驗(yàn)中，“蒼井老師”可以根據(jù)用戶的精神情緒狀態(tài)作出相應(yīng)的反應(yīng)，具體細(xì)節(jié)自行腦補(bǔ)。比如在VR心理咨詢中，醫(yī)生可以根據(jù)病患的精神情緒反饋進(jìn)行治療步驟。比如在密集恐懼癥的治療中，可以根據(jù)病人的情緒反饋來(lái)實(shí)施治療方案。
這些看起來(lái)讓人十分興奮。畢竟，多一個(gè)維度的信息輸入將會(huì)意味著更加逼真的VR世界。對(duì)于社交VR而言，能提取人們精神和情緒狀態(tài)的腦電VR就像時(shí)下的表情包。對(duì)于心理領(lǐng)域而言，腦電VR就是新的心理指標(biāo)。對(duì)于直播來(lái)說(shuō)，腦電VR就是新的彈幕……總之，作為精神和情緒的表達(dá)，作為多一緯度的數(shù)據(jù)輸入，腦電VR大有作為。
除此之外，賀超還提到腦電VR可以作為VR游戲的控制手段。對(duì)于這一點(diǎn)，小編并不認(rèn)同。和鍵盤(pán)鼠標(biāo)不一樣，VR輸入設(shè)備強(qiáng)調(diào)沉浸感。雖然腦電作為輸入更自然更貼心，但以目前的水平把腦電作為VR控制手段是一個(gè)錯(cuò)誤的思路。原因有兩個(gè)：第一，目前的水平，腦電控制是模糊的，而且是0和1的模式；第二，腦電發(fā)展十分緩慢。
目前的VR控制設(shè)備雖然沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但輸入指令和控制之間的關(guān)系是對(duì)應(yīng)的。比如在HTC Vive的追蹤系統(tǒng)Lighthouse中，你向左轉(zhuǎn)90度在VR世界中你也是向左轉(zhuǎn)90度，如果是100度VR世界也是相同。但利用腦電控制則達(dá)不到這種連續(xù)狀態(tài)，它只能實(shí)現(xiàn)0和1的模式：左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)。
腦電控制所收集的數(shù)據(jù)是一個(gè)特征值（上圖的四種波段），并通過(guò)這個(gè)特征值來(lái)判斷用戶的大致?tīng)顟B(tài)，比如精神緊張、疲憊等。但在現(xiàn)實(shí)生活中，人們的這些狀態(tài)是連續(xù)的，從十分緊張、緊張、不太緊張、不緊張的變化，而如果這些所有的精神狀態(tài)都對(duì)應(yīng)著“yes or no”控制結(jié)果。這種控制將會(huì)為用戶帶來(lái)很多困惑，比如緊張狀態(tài)——開(kāi)槍，疲倦狀態(tài)——不開(kāi)槍的模式中，人們是可以同時(shí)存在兩種狀態(tài)。事實(shí)上，現(xiàn)在利用腦電控制一盞燈都是一件不容易的事情。因?yàn)槟阈枰察o的環(huán)境，需要集中注意力。
一種好的VR控制手段需要具備9點(diǎn)要素： 空間沉浸感、穩(wěn)定、 精確、低延時(shí)、便利性、 舒適性、直覺(jué)控制、低價(jià)、 兼容普適性。
此外，相比于目前主流的VR控制技術(shù)，腦電的發(fā)展速度落后。在會(huì)后的采訪中，李光林告訴雷鋒網(wǎng)：
”為什么說(shuō)腦電研究了90年現(xiàn)在還沒(méi)有普及，就是因?yàn)槟X電的難度太高了。腦電儲(chǔ)存的信息太多了，比如你旁邊有人說(shuō)一句話，雖然你沒(méi)有注意，但大腦也會(huì)出現(xiàn)腦電。我們做腦電圖實(shí)驗(yàn)，有時(shí)突然一聲巨響，整個(gè)都變了。
此外，在信息提取上也有難度。腦電信號(hào)在大腦皮層活躍，但我們是要隔著一層頭顱骨采集信息。這個(gè)骨頭的電阻是非常高的，傳出來(lái)的時(shí)候，已經(jīng)把很多信息都屏蔽了。如果你把大腦打開(kāi)，把電極放進(jìn)去，提取的信息十分漂亮。但你要是隔著頭骨，這些信息就非常微弱了。
還有一點(diǎn)，不像心電那么規(guī)律，腦電的影響因素非常多，比如休息、情緒、環(huán)境等都會(huì)產(chǎn)生干擾。不過(guò)，腦電勝在蘊(yùn)含大量信息，比如情感、運(yùn)動(dòng)、我與你之間的對(duì)話等等，這些都有待開(kāi)發(fā)。"
和很多人一樣，小編期待著腦電控制的未來(lái)，并希望在有生一日科學(xué)家真的能解讀腦電信號(hào)的含義，做到《三體》中所提及的利用腦電信號(hào)進(jìn)行交流。不過(guò)這一天需要等待很長(zhǎng)時(shí)間。由此，小編希望大家別把精力放在腦電作為消費(fèi)級(jí)VR控制的點(diǎn)子上。不如想辦法更精確地提取情緒和精神狀態(tài)的信息，并融合到VR內(nèi)容中。
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