新事鉴不动手,不动口,用意念就能码字,速

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如果有一天你醒来发现全身动弹不得，你会怎么办？

著名的物理学家霍金就是类似的情形，他患有肌肉萎缩性侧索硬化症（ALS），全身瘫痪，不能言语。支持霍金多年思考的不仅是他强大的自我意志，还有科学家们为他打造的秘密武器——可以将他的想法转化为文本的信息转换系统。这套信息转化系统可以看成类似于脑机接口系统（BCI）的一种设备，从而帮助像霍金这样的重症瘫痪但脑部功能正常的患者实现部分肢体功能。

脑机接口是神奇的桥梁

在《黑客帝国》中，主人公尼奥通过脑后插管与计算机相连，可以用意念弯曲勺子、控制子弹。现在这不再是电影中的奇思妙想，科学家已经成功通过脑机接口技术让意念控制变成现实。

《黑客帝国》中尼奥用意念控制子弹

（来源：电影截图）

脑机接口的作用类似于一根吸管，只不过是把它连通的两端从嘴巴与奶茶变成了大脑与外部设备。通过脑机接口，人脑可以像嘴巴吸奶茶一样直接地控制外部设备，这可以帮助瘫痪患者实现某些原本不可能完成的动作。如患者可以靠“想”控制机械臂取物，或是控制屏幕上的光标打字等。就像人在吸食奶茶时不用双手也可以无障碍地享受这个过程，脑机接口技术的更新突破正在为那些严重运动障碍的人们“解放双手”,更好地恢复着他们的“运动技能”。

志愿者用“意念”操纵机械臂

（来源：Youtube）

如今，借助华南理工大学脑机接口实验室里的设备，患者只需坐在屏幕前，不动手、不动嘴，眼睛盯着电脑屏幕，动用“意念”，就能进行邮件发送、网页选择等简单动作。

据该实验室的博士生高炜介绍，目前脑机接口技术主要应用于养老助残，为那些脊髓损伤、肢体不能运动的病人设计智能轮椅等用具。

随着技术的发展，脑机接口技术为瘫痪患者打破躯体禁锢带来了曙光。

神还原：意念可呈现手写字迹

今年5月13日，一项关于脑机接口的前沿突破登上顶尖学术期刊《自然》杂志的封面。斯坦福大学霍华德?休斯医学研究所（HHMI）的科学家弗兰克?威利特（FrankWillett）带领的团队完成了这项“超级研究”。

该研究的作者之一里希纳?谢诺伊（KrishnaShenoy）在接受《中国科学报》的采访时表示，“此次研究的最大创新是首次破译了与手写笔记有关的大脑信号，可以让瘫痪患者不用手也能快速打字。”

（来源：《自然》杂志）

实验中，两个微小的电极被植入到被试T5的大脑，它们牢牢地站立在T5脑中控制手臂运动的区域，就像两个被赋予重任的“核心战士”。相比于大部分实验使用的“外部战士”（非植入式脑机接口），这种植入式的电极位于最靠近大脑的地方，能更准确地收集电信号。

被试T5在脑海中想象自己握笔在白纸上写字的动作，并重复书写26个字母。电脑通过“核心战士”来记录他的“笔迹”并转达给“上级”（人工智能），同时人工智能将这些“笔迹”与26个字母一一对应，就像图片转文字一样，T5脑海中的字迹就会呈现在电脑屏幕上了。

T5通过脑机接口“写字”

（来源：《自然》杂志）

据了解，目前业内用于恢复患者交流能力的脑机接口，最先进的是通过给仪器一个“眼神”（眼睛注视）来实现字符的输出，可达到每分钟60字符的速度，但每分钟的正确字符数还未超过40。可以想象，当瘫痪患者在使用以上方案交流时，他们的表达水平甚至不如小学一年级的小朋友。

幸运的是，这项研究将有效避免这种尴尬的局面。研究者将脑机接口通信速率提升到了每分钟90字符（正常人的速度为每分钟字符），并且具有很高的准确度（原始准确率94.1%，在语言模型校正下准确率大于99%），可谓是又快又准，这可以极大地提高患者的交流效率。

应用难：家家有本难念的“字典”

华南理工大学脑机接口实验室的负责人李远清教授曾表示，“脑机接口是神经科学和工程技术学科交叉产生的一项具有深远意义的技术，其在医疗康复、养老助残等领域有广泛的应用前景。”

尽管脑机接口的呼声很高，但其适用性低、应用难度大的问题依然是一大“拦路虎”。

深圳大学脑疾病与认知科学研究中心的尚春峰副教授认为，尽管《自然》上发表的脑机接口实验达到了几乎完美的效果，但其在应用上还有很大不足。“植入式的脑机接口需要对患者进行开颅手术，一般患者恐怕难以接受，并且电极插入脑中与神经细胞之间共生的效果如何也还是一个未知数。”

同时，尚副教授坦言，除了安全性的问题，更大的难点在于突破算法的个体差异性。“目前很难有一个通用的算法可以适用于每个人，每个人的字典可能都不一样。”正如世界上没有两片相同的叶子，每个人的脑电信号、学习能力等情况往往也存在很大差异，同样的脑机接口方案往往不能完全适配不同的人。

为“偷懒”，有人找到了脑电的共性

针对脑机接口领域算法个体差异太大而导致的应用性较低的问题，近期国内有研究者迈出了重要的一步。

早年参加的一个关于模式识别（利用计算机模拟人脑辨识信息）的讲座让高炜对这一领域产生兴趣，他在攻读博士学位期间选择进入华南理工大学脑机接口与脑信息处理研究中心，开始从事脑机接口应用方面的相关研究。

与人类发明洗衣机、洗碗机等便利机器的初衷类似，高炜团队的研究也是为了“偷懒”。原来，由于脑电的个体差异很大，在做脑机接口实验时他们需要对每个新用户进行校准工作，就像对于同一杯水，有人觉得过热，有人会觉得太凉，即使是同一个人在夏天和冬天对水温的要求也有所不同。因此，只有经过校准的过程，才能使用户达到最佳的实验状态。“但这个过程非常繁琐耗时，本来一场实验需要两个小时，校准的时间就可能占到二十分钟。”

虽然个体脑电差异很大，但是其中会不会有共性？高炜称，他们正是预设了有共性的大前提，正所谓“模式千千万万，但总有一款适合你”，他们认为一个新的用户很有可能在足够多的数据里匹配到相近的脑电模式，“我们找了足够多的人参与实验，收集他们的数据，最终用于建立模型。”高炜称，为了找到共性，他们找了个被试，比一般论文要求的人数多了十倍。

在实验室，高炜给被试戴上电极帽，在头皮和电极之间注入导电胶，之后将设备连接到电脑上。屏幕上将出现由26个英文字母、9个数字、4个标点符号组成的虚拟键盘矩阵，每个字符随机连续闪烁，一旦看到自己想要的字符，被试的脑电波便会产生一个波峰：“就是你啦！”根据这一波峰出现的时间，人工智能可以确定被试选择的字符在整个矩阵的位置，进而判断该字符是什么，以此来实现“思维打字”。

高炜在被试的头皮和电极之间注入导电胶

（受访者供图）

遗憾的是，被试在实验中并不能根据自己的意愿写出一段话，而是需要按照指示去做出选择。“因为我需要知道被试选的是哪一个字符，看能否和我之前的预设对应起来，如果让被试自己随意选的话，我就很难去记录他要的是哪一个了。”高炜说。

“有关脑机接口的研究，现在选择题大家做得都比较好，但要加强应用性还要解决主观创作的问题，我觉得这在现行的框架下可能还是做不出来的。”尚春峰副教授补充道。

Freestyle？No,脑机接口还看不懂你的即兴创作

高炜提到，目前人们对“脑机接口”有一种误解，以为就是“读心术”。其实不然，目前脑电只能让被试操纵已约定好的指令，如对于轮椅的控制指令有“前进”、“后退”、“左转”、“右转”，“想其他的是没有用的，因为只约定好了这几个动作，你想轮椅上天、下地都是做不到的。”高炜说。

如果想在指令之外拓展一些新东西，则需要一个更庞大的数据库。如果现有的数据库是英文的，被试在脑海中“书写”中文则无法实现。而如果已有的数据库只有文字，被试在脑海中作曲也是不可能做到的。

但高炜坦言，即使未来能够形成一个包罗万象的数据库，要落实到实际应用中仍然是很难的。一方面，脑电信号非常复杂，存在很多噪音，使得人工智能难以准确识别人们的意图。另一方面，“书写”不同语言的脑电必须存在差异，才可能从中发现规律并对此进行区分，而目前的技术很难分辨这样的差异。