脑机接口”技术:让“脑控”成为现实


来源:解放军报  作者:本报记者 王握文 特约记者 李 治  时间:2015-05-21


胡德文,国防科技大学教授、博士生导师,长期从事脑科学与认知科学研究,主持国家863计划等10多项课题研究,获国家自然科学奖二等奖。


单兵系统


虚拟现实


联合作战

    核心提示

    2014年世界杯开幕式上,巴西一名残疾人利用脑控技术完成开球,向全世界观众展示了脑科学技术发展的魅力。国际脑研究组织宣布,21世纪是“脑科学时代”。

    视点聚焦

    人脑的智能

    科学源于幻想,这话有一定道理。电影《阿凡达》男主角是一位坐在轮椅上的残障人士。然而,他却可以用思维去控制一具人造“外星人”躯体,演绎了一场“心灵感应”的神奇。电影《环太平洋》中,“机器人”大战外星球怪兽,更让钢铁之躯的机器人获得了人脑的智能。

    神奇科幻正逐步走向现实。这得益于“脑机接口”技术的创新发展,自上世纪70年代“脑机接口”技术诞生以来,经过近半个世纪的发展,如今已能实时捕捉大脑复杂神经信号,并用来直接控制外部设备,使得人和机械可以作为一个生命不同组成部分而共存。人脑思维控制外部物体不再是幻想,电影中的科幻情景已开始大步走进人们的生活。

    外部设备 如何读懂大脑神经信号

    人的大脑是一个高度复杂信息处理系统,它由数十亿的神经元通过相互连接来进行信息交流,以整体协调方式来完成各种各样的认知任务。

    在人类进化过程中,科学家发现,当人的大脑在进行思维活动、产生意识或受到外界的刺激(如视觉、听觉等)时,伴随其神经系统运行的会有一系列电活动,从而产生脑电信号。“脑机接口”技术就是通过采集大脑皮层神经系统活动产生的脑电信号,经过放大、滤波等方法,将其转化为可以被计算机识别的信号,从中辨别人的真实意图。其核心技术主要包括大脑神经生物信号采集技术、大脑神经生物信号处理技术、人机高效协同技术等。

    就是说,人脑想执行某个操作,不需要通过肢体动作,通过“脑机接口”技术,即可让外部设备读懂大脑神经信号,并将思维活动转换为指令信号,来实现人脑思维的操控。

    意念控制 极具潜力的研究方向

    自美国科学家提出“脑机接口”技术命题后,便成为脑科学与认知科学领域一个极具潜力的前沿研究方向。1988年,美国科学家实现了用大脑控制虚拟打字机操作。瑞士科学家加朗领导的研究团队,实现了轮椅按人脑意识控制行走。2006年,日本研制出“混合辅助腿”,不仅能帮助残疾人以每小时4公里的速度行走和毫不费力地爬楼梯,而且可以托起40公斤的重物。2013年3月,英国研究人员开发出第一种用于控制飞船模拟器的“脑机接口”装置,美国科研人员又创建了计算机模拟程序,戴在头上后通过人脑意念便可控制飞船模拟飞行。

    在我国,国防科技大学认知科学基础研究团队经过20多年的研究,现已实现让机器人按照人脑的思维自由行走或执行某项操作。装有“脑机接口”装置的汽车,可以不通过人的肢体操作,而是通过采集脑信号,便可按照人脑的思维意识启动、加减速或转弯,时速可达5至10公里。

    发展应用 军事强国群雄逐鹿

    脑机接口,人机交互,为武器装备操控提供了全新的智能化发展方向。

    新世纪之初,美国就开始探讨“脑机接口”技术军事应用,投入巨资研究武器与人相互作用机理,研究用人的意念控制机器人士兵,以降低战争伤亡率。2004年,美又资助多个实验室进行“思维控制机器人”研究,还联合商业研发机构和地方政府开展脑听器、心灵及生理响应系统、无线电催眠发生器等多项“脑机接口”技术研发。其“认知技术威胁预警”项目,已获得初步科研成果,可使士兵在2~3秒内识别视场范围内100个威胁目标。美空军还利用“脑机接口”技术,着力研究肌体协同控制。

    2013年,美国防部披露了一项“阿凡达”研究项目,计划在未来实现能够通过意念远程操控“机器战士”,以代替士兵在战场上作战,遂行各种战斗任务。未来,赋予武器装备“随心所动”的智能化操作,将不再是神话。

    前景广阔 加速迈向脑科学时代

    脑科学具有广阔的应用前景,世界经济强国倾力加紧研究。20世纪90年代,美国率先提出“脑的十年计划”,欧盟成立了“欧洲脑的十年”委员会,国际脑科学组织也采取多种举措推动脑科学研究发展。1995年,日本政府宣布投入200亿美元实施“脑科学时代”计划,把“认识脑、保护脑、创造脑”作为脑研究三大目标。2013年4月2日,美国总统奥巴马正式宣布开展人脑研究计划。同年,欧盟计划启动为期10年的“欧洲人类大脑研究计划”,希望能模拟一个完整大脑功能。目前,西方的著名大学几乎都设有脑科学研究机构,一些企业也纷纷加入研究行列。

    在我国,脑科学与认知科学被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》八大前沿科学问题之一,强调要加强“脑发育、可塑性与人类智力的关系”研究。2013年,作为“事关我国未来发展的重大科技项目”之一的“中国脑计划”正式启动。

    21世纪,被称为“生命科学、脑科学的百年”或“脑研究世纪”,伴随着脑科学和认知科学的兴起与发展,以人类为中心的认知与智能活动研究,已进入发展新阶段。

 

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