盯著屏幕上的字母幾秒鐘，不用動手就能打字；坐在輪椅上想象自己要前進(jìn)，輪椅就能開動向前走；集中注意力盯著跑道上的小車，小車就能在軌道上跑起來……這些科幻片里的“神奇現(xiàn)象”，一旦有了“腦機接口”就可能變成現(xiàn)實。 
腦機接口是神經(jīng)科學(xué)和工程技術(shù)學(xué)科交叉產(chǎn)生的一項很有意義的創(chuàng)新性研究，在醫(yī)療康復(fù)、養(yǎng)老助殘、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。近日在北京舉辦的“2017世界機器人大賽”上，“BCI腦控機器人”賽事格外引人矚目，10支科研團(tuán)隊展示著國際領(lǐng)先的新成果。 
視覺聯(lián)通腦信號輸出想法 
在清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院腦機接口實驗室展臺，研發(fā)團(tuán)隊的工作人員幫助記者戴上了有9個電極接口的腦機接口頭套，工作人員用注射器在接口處涂上導(dǎo)電膠，使電極能與頭皮緊密相連，保證腦信號讀取準(zhǔn)確。當(dāng)每一個電極連接成功時，操作系統(tǒng)屏幕上對應(yīng)的信號點位就會持續(xù)閃爍。接著，工作人員打開模擬鍵盤屏幕，記者盯住鍵盤上的字母D幾秒鐘，字母就出現(xiàn)在屏幕上。 
“動態(tài)窗穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦機接口系統(tǒng)”是該實驗室的最新成果之一。“9個電極全部與大腦枕區(qū)相連，因為大腦枕區(qū)主要控制的是視系統(tǒng)。使用者將注意力集中在屏幕中的模擬鍵盤上，系統(tǒng)就可以將其腦信號翻譯成對應(yīng)文字，無創(chuàng)傷、不用訓(xùn)練，而且還可以跟微信等外部軟件系統(tǒng)相連。”研發(fā)團(tuán)隊成員、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)工程實驗室博士生梁栗炎告訴記者，這一技術(shù)最直接的應(yīng)用就是漸凍人，未來，該技術(shù)在醫(yī)療康復(fù)、系統(tǒng)導(dǎo)航、游戲等方面都有廣泛的應(yīng)用前景。 
在天津大學(xué)神經(jīng)工程與康復(fù)實驗室展臺，記者同樣戴上頭套涂上導(dǎo)電膠，這次接通的是16個電極。屏幕上有很多閃光的小飛機，緊盯著其中一個幾秒鐘，小飛機就爆炸了。實驗室成員肖曉琳道出其中奧秘：小飛機的閃光會刺激使用者的視覺系統(tǒng)，信號反饋給大腦，通過外界刺激大腦電波變化實現(xiàn)對外控制。 
肖曉琳邊說邊點開另一個系統(tǒng)，屏幕上出現(xiàn)了模擬賽車，記者可以用“想象”來控制賽車的前進(jìn)方向，當(dāng)記者停止想象“放空”的時候，賽車也“迷?！逼饋恚袝r直行有時拐彎。肖曉琳告訴記者，通過“想象”實現(xiàn)人機互動有個磨合的過程，機器需要適應(yīng)使用者“想象”時候的腦電波。但這一技術(shù)相較于打飛機的視覺信號刺激，更能調(diào)動使用者的主動性，促進(jìn)康復(fù)。 
腦電波控制“向左走向右走” 
在北京信息科技大學(xué)展臺前，體驗者張強正在用“想象”指揮輪椅。張強告訴記者，他在“想象”前進(jìn)時不太順利，工作人員幫他重新輸入了他在想象前進(jìn)時的腦部思維。很快，張強就能通過意識控制輪椅啟動與停止，并指揮輪椅“向左走向右走”。 
“腦電波輪椅專為意識清晰的老年人或行動不便的殘疾人而設(shè)計。大腦意識和神經(jīng)沖動的基礎(chǔ)都是電信號，通過對腦電信號分析可以獲取人的運動意愿，利用眼球輔助檢測，控制電動輪椅，解決運動機能喪失者的困難。”北京信息科技大學(xué)自動化學(xué)院高動態(tài)導(dǎo)航技術(shù)北京市重點實驗室吳迎年副教授介紹，這款腦電傳感器不需要使用者剃除頭發(fā)、涂抹導(dǎo)電膠，僅使用非侵入式干電極即可完成腦電信號的采集。使用者在頭部戴上腦電波傳感器和眼動儀，在腦電主機插上藍(lán)牙適配器，打開相關(guān)軟件錄入安靜時和想象運動時的腦電波的特征，來完成腦電信號的檢測分析與模式識別。腦電主機連接輪椅控制器，便可使用腦電波控制輪椅運動。系統(tǒng)使用快速便捷，初次使用10分鐘即可實現(xiàn)控制。 
吳迎年說，中國大陸有超過2.1億名老年人，同時有超過2524.5萬名肢體殘疾人，但數(shù)據(jù)顯示，2014年供應(yīng)殘疾人輔助器具只有128.3萬件。腦電波和眼球控制作為一種新型控制方式，對助老助殘裝置的發(fā)展有推動作用。但腦電信號這種控制方式的精度低于搖桿控制和語音控制等方式，且會受到使用者情緒波動的影響，因此意識不清者或情緒波動較大者不適合使用該設(shè)備。目前，該產(chǎn)品正在增加避障、頭部與眼球輔助控制、自主導(dǎo)航等新功能，確保產(chǎn)品更可靠和安全。 
大腦遙控機器人或大鼠 
據(jù)了解，目前腦機接口存在命令單一、控制效率低、控制負(fù)擔(dān)重等問題，多數(shù)研究都希望優(yōu)化腦機接口自身來解決這些問題。華東理工大學(xué)腦機接口與控制實驗室團(tuán)隊提出，可以把人工智能方法應(yīng)用于腦控系統(tǒng)來提高控制效率。比如，正在探索的“聽覺腦機接口智能機器人控制系統(tǒng)”，將機器人自動視覺搜索、目標(biāo)智能識別與聽覺腦機接口系統(tǒng)相結(jié)合，向機器人發(fā)出簡單指令，機器人根據(jù)指令自動搜索識別，實現(xiàn)目標(biāo)自動跟蹤，為視覺障礙患者提供彌補方案。 
現(xiàn)場展示的“腦控移動眼殘疾人輔助系統(tǒng)”，在實現(xiàn)小車控制的同時，還加上了攝像頭，并可以通過指令相互切換控制。該科研團(tuán)隊成員郭妙吉告訴記者：“通過小車和攝像頭的控制可以幫助殘疾人欣賞外面的環(huán)境，提高生活質(zhì)量。” 
郭妙吉介紹，該團(tuán)隊從2004年起致力于研究臨床康復(fù)醫(yī)學(xué)的腦機接口系統(tǒng)研究，如腦卒中患者運動康復(fù)、漸凍人生活輔助、植物人昏迷喚醒等?！翱刂频木珳?zhǔn)性和反應(yīng)速度都是我們下一步的優(yōu)化方向?！?nbsp;
與控制機器人不同，浙江大學(xué)求是高級研究院成員畢爭向記者介紹該團(tuán)隊的“大鼠運動控制及導(dǎo)航系統(tǒng)”：“通過手術(shù)將電極植入大鼠的大腦皮層，大鼠就變成了’機器鼠’，通過微點刺激作為控制指令，能夠控制大鼠前進(jìn)、轉(zhuǎn)向和停止的行為。以此為基礎(chǔ)的探索將在今后地震搜救、反恐活動方面具有運用空間?！?nbsp;
同時，該研究院的kether意念軌道賽車也受到體驗者的青睞，一位小朋友戴著特制的意念腦波儀控制賽車。畢爭介紹：“意念腦波儀采集腦電波信號，會分析出體驗者大腦目前的專注力狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)大腦專注力達(dá)到基礎(chǔ)要求后，賽車立刻啟動開始前進(jìn)，專注力越高，賽車速度越快。” 
“另外，利用腦電波的不同狀態(tài)，我們還開發(fā)出具有放松效果的智能眼罩，眼罩與耳機相連，佩戴過程中，設(shè)備可以根據(jù)每秒256次的用戶腦電數(shù)據(jù)回饋，自動選擇更適合使用者放松頻率的音樂播放，并調(diào)節(jié)音量，提高放松質(zhì)量?！碑厾幷f。