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发表于 2010-10-29 15:46 | Tags 标签:, , ,

2009年的愚人节,在著名的微博客网站twitter上,一个叫做uwbci的ID发了一条很短的讯息:USING EEG TO SEND TWEET。翻译过来就是“使用脑电图来发送微博”。很不起眼,甚至有点不完整,但这个句子的出现却是意义非凡。它意味着发送这条简讯的人并没有使用他的手指,而是全凭着脑子“想”,就把一句话送到了互联网上让大家都看到。玄乎吗?呵呵,可这真不是愚人节的玩笑。

这个网名叫uwbci的小伙子是美国威斯康辛大学的一个博士生,专业是研究大脑和计算机的接口。“接口”的意思,就是一个转换渠道,把大脑的活动探测出来并转换成计算机能够处理的信息。这是一项很新的技术,顾名思义,可以通俗地理解成“读脑”。这同时也是综合性很高的一个交叉学科,因为无论是对大脑活动的探测,还是用计算机来进行数据分析,背后的原理都艰深复杂,需要各个领域的杰出智慧进行通力合作。

脑电波本身算不上很神秘的东西。上上个世纪,人们就知道大脑中的神经元是会放电的。这些电和爱迪生用来点灯的电从物理学上看并没有本质区别,但是用处却大 相径庭。平日里发电厂制造的是一种能源,我们用它来做饭、洗衣、听歌、打游戏,大夏天的把温度降低。可是大自然在我们脑子里铺设的神经元“电网”,却不是为了提供能量——靠电池翻跟头的那是限量版变形金刚。我们脑中的电流是用来传递信息的,脑电波就是不同大脑区域进行对话的语言。电信号从一个神经元流向另一个神经元,千变万化却又有章可循;神经元和神经元之间还经常合作,激发出电流同步震荡。从单个神经元的对话,到神经元小团体的协调,再到大片的脑区活动,个中机制和细节,组成了一片最美的科学迷雾。我们的各种感觉:看见的、听见的、触到的,都转换成电信号的形式被大脑所理解、分析,然后再生成指挥我们运动的电信号,让我们的机体对外界做出反应。听懂大脑的语言,就懂了灵魂的秘密。

于是研究大脑就是一组非常有挑战性的解码游戏,不想赢的科学家不是好科学家。在近百年的历程中,人们靠着杰出的智慧和想象力设计了各种 实验,一点一点地摸索挖掘。早期被拿来开刀的是猴子,从它们身上人类学到了感官系统运作的许多基本原理。后来技术发展了,可以在人类的头皮上布置灵敏的电极,用无伤害的方法捕捉传到头皮表面的信号。更晚一些出现了磁共振这 个时髦玩意儿,不用开颅就可以定位活跃的脑区。时至今日,人们已经可以利用电场和磁场来准确追踪神经活动在时空上的变化。这样我们就能对高级的意识活动, 比如记忆、情感、注意力以及数学能力等等进行探索。那我们快掌握大脑的编码方式了么?坦白从宽,与其说当下的各种测量方法有助于解开谜底,倒不如说它们更好地帮助我们理解 了谜面儿,这是通向谜底的第一步。密码的“相貌”日渐清晰,啼竹琴音已然奏响,只可惜俞伯牙还在路上。

而工程师们早就坐不住了,跳出来 说,缺了俞伯牙咱就不开演唱会了吗?呵呵——这,就是工程师的可爱之处。和穷究“为什么”的科学家不同,他们更关心的是“怎么样”。在这场解码大战中,有 人敏锐地嗅到了人脑控制电脑的可行性方案。其中的逻辑是简单又直白:某个现象若高度重复就成为一条规律,应用这些规律就能实现很多发明,即使背后的原因不 明。这就像是我扔一万对铁球,它们全都同时落地,那么第一万零一对铁球也很有可能同时落地。虽然我不知道它们为什么同时落地,但实验显示这是一条可高度重 复的自然规律。那么下次看见别人扔铁球,我就敢朝他大喊,它们肯定同时落地!

遵循着这个逻辑,一些能够进行信号整理比对的脑机接口出现了。早期的时候人们尝试在一些脑部创伤的病人体内植入电极,然后在电极上连接电子芯片。首先让病人努力的“想”一件具体的任务,比如让屏幕上的小箭头移到特定的位置去。这时电极所处的脑区就会放电,放电的信号特征被记录下来,输送给电脑。电脑上的程序就指挥屏幕上的小箭头移到想要的位置。

在进行了上述的训练之后,电脑中保留了病人的脑电记录。在平时的生活中,病人可以想各种各样的事情,但那些电信号和电脑记录的都不匹配,所以电脑不会做出任何反应。而一旦病人想要移动屏幕上的小箭头了,就出现了匹配的信号,电脑就被“激活”,指挥小箭头开始移动。

电极上连接的芯片使这一过程更加“智能化”。它可以对信号进行一定的分析,同时经过与病人配合训练,使分析的准确度达到一定水准,就能够识别病人的意图。这一类电极加芯片的界面通常放置在大脑运动皮层上面,使得脊髓或脑干受损的病人能够直接向芯片发出运动指令,指挥外接的机器臂或者轮椅完成任务。

到了电脑的计算能力大幅提高的今天,非植入性的脑机接口也开始蓬勃发展。开头提到的威尔森用来发微博的脑电图就是其中一种。这一类界面不需要往大脑内部插电极,是完全无创伤型的,在普通人身上也可以使用。它的原理是根据在人头皮附近探测到的电场或磁场的变化来对人的大脑活动进行整体判断。这种判断也是通过信号匹配来进行的,但不像芯片类接口那么直接。它是先采集了各个探头的数据,然后把它们整合,经过抽象的数学处理提取出有意义的部分。计算机用来比对的,就是抽象之后的这部分数据。这对数据的分析量要求更高一些。这么说吧,脑电图一秒钟内记录的数据量以兆字节来计算,而一部电影DVD也就700兆左右。就是说,两小时电影的数据量只够脑电图来记录上700秒的——那才够发几条微博啊?

没关系,要不怎么说脑机界面靠的是交叉学科的威力呢。脑科学家遇到的瓶颈,计算机人士负责解决。威尔森在他的微博上也介绍了他们在使用的最新计算设备——图形处理器(GPU)。这是个时髦玩意儿,平时人们最常听见的电脑里边管计算的部件叫做CPU,中央处理器。而GPU的前身是管图像显示的,俗称显卡的部件。近年有公司前瞻性地看到了GPU具有的计算潜能,投资开发出可以编程的显卡,并把它和CPU关联起来,成为了一种特殊的GPU计算模式。利用这种模式,威尔森他们得以高效率大规模地分析头皮表面各个位置传来的数据,使大脑和电脑的实时互动成为可能。

脑机接口最早和最直接的受益者当属那些失去了运动能力的病人。脑干中风、肌肉萎缩性侧面硬化病(ALS,就是霍金得的那种病)等等,都有可能导致患者丧失一切和外界交流的能力。话不能说,身体不能动,但脑子却还是清醒得可怕。就算是为了拯救一个被封锁的灵魂,脑机接口的研究也是值得的。

好在事实并非全都那么沉重。已经有公司开发出了基于非植入式脑机接口的游戏,在脑门上绑一条带子,你就可以控制桌上的小球来回滚动,还可以和同伴展开“意念大战”。此外也有研究小组邀请小学低年级的同学走进磁共振实验室,利用脑机接口来帮助那些静不下来的孩子学习集中注意力。老师们应该对这个项目举双手支持吧!至于要到哪天,屏幕前的你才能像威尔森那样用意念来上网,我相信不会太久。如果要加上一个期限,我希望是……十年,好不好啊?

已刊载于《环球》

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45 Responses to “用意念发微博”

  1. weekendlike说道:

    基本上不太可能实现,思维的跳跃性太大,一念之间就可能想出十几个想法,就算真的制造出脑波接收并转译的装置,这一口气跳出来的十几条指令要怎么执行?电脑也不可能这么智能的帮你筛选出你想要发出的指令吧?而手动筛选指令的话这种工作效率就足以使此类装备失去意义了,找我说起来还不如语音输入来得现实。

    • alreadydone说道:

      要能将人瞬间迸发出的灵感一一记录,免除忘却之虞,也是相当不错的了。

      • wubuntust说道:

        可以根据某个信号来决定,比如"开始记录"然后内容然后"发布"

        • 陈俊说道:

          集体办学亏了

          该老师承担吗?
          教育:国家重视,人人关注。

          在敞开的年代里 ,孩子们要上学读书。在大力普及九年义务教育的 1977年,四川省西充县境内新办了许多个小班和民中班,张澜故里的七村和八村就合办了一个民中班。当时在人民公社上棉花技术员的我,回村负责此班。天天早出晚归,天天在 煤油灯下备课,天天晚上在 煤油灯下批改作业,通过辛勤的耕耘,第一批学生的升学率与当年当地的公办班一样20%。毕业了两批学生后,政策就停招停办了,当年老师就务农了。办学几年来,该班就亏损了380多元,强搁在我 当教师的头上,当时月薪才16元,相当于三年工资的总和。三年。。。三年。。。三年啦!三年的时间才能挣到这个数。当时的一个农民从早干到晚,一天才能挣到三角钱左右。当听说九几年全部民师转正时,就层层找起无结果。我 就办一个证明,四位当事人签字盖章,村无资金解决,盖村委的公章,乡无资金解决,盖乡人民政府的 公章。十多年来,我 不知用了多少时间,走了多少路,花费了多少资金,找了多少人。。。。。。2007年3月中旬的头几天,到市政府信访厅,我把证明和任用证交给办事人称某主任的,他脱口而出:“你私人办学亏了来找政府?”我说:“大集体时期有私人办学的吗?准私人办学吗?”2010年,我就跑了好几十次去找主管。第一次,我给他说:“2002年4月,我因遭不幸,严重丧失了体力劳动,又给她看行走都困难的腿还有一子女正在读本科。”当时他说要给我解决。后不知道为什么变卦了,一会儿叫我找这一会儿叫我找那最终还是他的主见。于2011年元月给我解决了,还不够我跑十多年的开销而告终。
          1994年我代课两年,每月150元还兑不到现抵农税提留;2000年代课一年每月两百元;2005年代课一年半,每月三百元。代课一年只有十个月的工资,其他全无。在教育战线上我低待遇干了十年,到头来集体办学亏了还由我老师来承担。在温总理粉为名政策下温暖在哪里?好人在哪里?真理在哪里?
          张澜故里:原民中教师
          电话13890714409
          2012年2月17日

  2. Siriudie说道:

    我看成using EGG ... 了,

  3. 合十说道:

    好,就十年吧,我同意了……

  4. SillyDaddy说道:

    俺婆婆的行文好流畅啊!赞一个!!

    再说"这个网名叫uwbci的小伙子"真的是用意念直接控制发的微博吗?没搞清楚。

    • 蠢爸爸本尊说道:

      我想前期uwbci应该要“努力地”想字母A,B,C……将字母表过一遍,而设备则记录各个字母对应的脑波,从而建立一个关于字母表对应脑波的数据库。这个训练过程应该要花好些时间。然后uwbci在发围脖时便“努力地”想U,设备将脑波与数据库的字母表比对,确定出最可能的字母,显示出来。然后uwbci再接着S,I,N,G…… 直至把整句话敲出来 我猜整个过程大致是这样的吧 不过要深入到具体算法那就复杂了

      • 七夕鹊说道:

        我实在忍不住了,你好像很懂的意思。深入到算法?你应该不是IT行业的,不然不会说出这么可笑的话。专业术语不要乱用好么。不好意思。我这留言会让你生气,但是我实在忍不住。

        • 蠢爸爸本尊说道:

          1 第一次在松鼠会留言,表述可能随便了点,如果留言中的语气或者某些字眼冒犯了你,我先道个歉。
          2 我的专业的确不是计算机科学与技术,所以不太了解“算法”在IT行业中的具体定义,如果用错了,请指正。
          3 我之所以猜测uwbci用意念发微博是一个模式识别匹配过程,是因为正在学习语音识别。而声波与脑电波有相似之处,所以我只是做一个类比,猜测可能的实现途径而已。
          4 语音识别首先要根据人的语音特点建立语音模型,对输入的语音信号进行分析,并抽取所需的特征,在此基础上建立语音识别所需的模板。而计算机在识别过程中要根据语音识别的整体模型,将计算机中存放的语音模板与输入的语音信号的特征进行比较,根据一定的搜索和匹配策略,找出一系列最优的与输入的语音匹配的模板。然后,据此模板的定义,通过查表就可以给出计算机的识别结果。
          5 语音识别的关键是其依据的模型和算法,目前比较常见的是基于统计的隐含马尔可夫模型(HMM)识别和训练算法。我目前也只是学习中,还没掌握HMM,所以很抱歉没法做深入介绍。
          6 希望看到这里你能理解我为什么提到“算法”,至于说“深入到算法”这个表述,是我们单片机老师在上课时说过的话,我一时手快,就这么敲上去了,如果用错了,也请指正。
          7 松鼠会高手云集,大牛成堆,我只是一个低头默默走过,看到这篇科普,耐不住手痒敲了几行留言的无名酱油男而已。如果用错了术语,希望有人可以指出正确的用法,如果猜错了方向,也希望有大牛高屋建瓴指点一二。抛我这块砖,能引一片玉来,我这辈子也值了~~

  5. 黏液传说说道:

    终于发现安婆的头像ms是个鱿鱼啥的

  6. lfzyx说道:

    "在著名的微博客网站twitter上".
    怎么念起来这么别扭呢

  7. 拼音佳佳说道:

    说起集中注意力,与分散注意力相比,各有什么优缺点?注意力分散的学生,有时候也很聪明啊.

    动物里面,草食动物的注意力是分散的吧...

  8. lovebond说道:

    house医生那部美剧里面上一季有一集就是读脑,向一个实验室借了一台设备,将病人脑里面的想的东西转换成图像.
    不知是不是真有一个这么样的研究项目呢?

  9. Sheldon说道:

    同问楼上的问题

  10. itoo说道:

    这样说来.. 字母又比象形字有优势了...

  11. Bob说道:

    “一部电影DVD也就700兆左右”,应该是4.5GB左右,而700MB左右的那是VCD,而且应该还是最初的那种。“邀请小学低年级的同学走进磁共振实验室”,拿那么大的辐射害小朋友……

  12. 波浪理论说道:

    很有想法啊!不过感觉还需要一定的时间才能形成市场

  13. 阅微BLOG说道:

    这个太超前了吧……

  14. Sunc说道:

    前年我们实验室就实现EEG发飞信了,非植入式做到这个地步,实在算不上前沿。

  15. 两小乱猜说道:

    我在想什么时候能用脑电波去用ps编辑图片

  16. 8yoo说道:

    很受益

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  18. jtcat说道:

    实际上,EEG设备可以DIY,有开源的。请google,电路图和材料啥的都有列出来。

    你们不要把这个想的太复杂。现在看脑电图是没法知道你在想什么的,但你想某些类别的东西时会有一些波形模式上的变化,给一些比较典型波形编码,然后用码来打字而已。你要发博还得先训练一下,象练五笔。

  19. jtcat说道:

    http://openeeg.sourceforge.net/doc/

    这是好几年前google时找的,当时就有人用这个做成游戏控制器,用来玩游戏了。

  20. [...] 本文地址(转载请注明出处):https://songshuhui.net/archives/44787.html AKPC_IDS += "5494,"; [...]

  21. 段玉说道:

    脑科学研究真令人振奋。人们从刚开始“结绳记事”到现在“键盘敲字”,每个将内隐的思想转化为外在的信息的开端,都稍显笨拙。利用神经元冲动产生的微小电流变化来表达喜怒哀乐还需要很长的路要走——最起码工程上能够匹配的灵敏“接收器”要进一步改进,表达软件进一步人性化,也许10年后,我们甚至不动声色就能达到运筹帷幄之中,决胜千里之外了。幻想那名副其实的“信息爆炸”时代的场景……

    关于训练学生的注意力集中,我举双手赞成!哈哈~

  22. jstwc说道:

    世界上第一款商业化的脑机接口产品已于2009年发布(价格299美元),另一个品牌的意念头箍也于今年初上市(价格199美元),这两东东都已经在网上发售(含中国大陆),谁有兴趣都可以去买个玩玩,打game,上网,开灯,关电脑,只要你想得到的任何电子设备都可以意念控制。

    当下,量子信息时代的话题已经热遍INTERNET,互联网也在中国已经普及十多年了,几亿的中国网民中却还有相当多的人,在用石器时代的思维看世界,这是怎样的坚果啊,小松鼠又能啃开多少呢!

  23. jstwc说道:

    忘了告诉大家,上述两种商业化的脑机接口商品,都是出自华人为主的团队,陶醉一下吧。

    好了,醒醒吧!

    中国人不缺智慧,缺的是广阔的眼界,无束缚的思考。

  24. 冰峰鸟说道:

    这个应该是TTD那种模式的吧 屏幕上几个字母然后选择 然后打成字
    速度比较慢
    基于语言的话 应该还要些年研究吧

  25. 青松侠说道:

    关于脑机接口的理论很早就有了,许多以科幻小说的形式出现,我也观察过一些人与人之间的感应现象,如有时候打电话会清楚的感觉到那个人会不会接电话。我认为这是脑电波沿电路传递。当然一般有这种感应的都是在那一瞬间心无杂念,但有某种很强烈的单一情绪。如因忐忑紧张而心跳加速。既然人与机器可以实现连接,那么比电脑更复杂先进的大脑是否可连接呢?也就是心灵感应是否行的通呢?人脑所发出的波如果被人脑接收到并读出便能实现。而脑波可以肯定的是会被另一个大脑接收到。但要意识到接收到,并解读出是个困难。好在一些典型事例,让我们看到了希望。大脑中需要一种特殊的信息场与外界脑波信息场产生共振、协调,从而解读出信息。此种信息场以被我们发现到。

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