[科普中國]-用意念開飛機(jī)？帶上這個頭套！

在美國西雅圖一個晴朗的下午，天空中只漂浮著幾塊散云，微風(fēng)習(xí)習(xí)，霍尼韋爾航空研究所的一名試飛員戴上一頂像是藍(lán)色泳帽的帽子，上面有很多孔洞，隨后霍尼韋爾的科學(xué)家將32個電極插入這頂帽子，并接觸到頭皮，試飛員開始通過大腦意識操作飛機(jī)，做出爬升、下降以及轉(zhuǎn)彎等基本動作…這是霍尼韋爾航空研究所發(fā)明了一種系統(tǒng)，讓人們可以用大腦和意念開飛機(jī)，任何人坐在副駕駛上，帶上頭套系統(tǒng)，不需要任何飛行經(jīng)驗，幾分鐘就可以學(xué)會怎么操作飛機(jī)。

（美國研究員首次利用意念駕駛飛機(jī)試飛成功，后排為霍尼韋爾航空研究所科學(xué)家）

自從神經(jīng)學(xué)家和工程師們開始研究連接大腦與機(jī)器的意念控制技術(shù)以來，人們就開始想出千奇百怪的方式來利用它。人們希望通過最直接的方法去操控機(jī)器，比如我們只需要動動意念就能改變電視頻道，以觀看我們最喜歡的節(jié)目。只用思維的力量就能駕駛汽車或無人機(jī)，而將手腳解放出來。此外，我們還可以用意念玩游戲、控制假肢以及家用電器等。
人類擁有強(qiáng)大的腦波信號 只是被頭蓋骨屏蔽了
意念控制技術(shù)包括了神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、計算科學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)等多領(lǐng)域?qū)W科，這種技術(shù)的初級階段，主要是腦機(jī)交互（英文稱作BCI，Brain-Computer Interface）?！澳X”指的是人腦，更準(zhǔn)確地說，應(yīng)是人腦的神經(jīng)系統(tǒng)?！皺C(jī)”就是用于計算和處理的設(shè)備，包括芯片、電路、計算機(jī)等。腦機(jī)交互就是利用大腦神經(jīng)活動產(chǎn)生的腦電信號，實現(xiàn)人腦與計算機(jī)或其他電子設(shè)備的直接通信和控制。反過來，也可稱計算機(jī)通過腦信號推斷人的想法或目的。

由于腦波活動具有特定的規(guī)律，且與大腦的意識存在某種程度的對應(yīng)關(guān)系。比如在興奮、緊張、昏迷等不同狀態(tài)時，腦電波會有明顯不同。但由于人的大腦被頭蓋骨緊緊包裹，屏蔽了大量的腦波信號，為此提取腦電波必須依靠電極等精密的電子儀器，從頭皮上將腦部的自發(fā)性生物電位加以收集、放大并記錄，意念控制設(shè)備由此誕生。
一只猴子帶來的巨大科學(xué)啟發(fā)
現(xiàn)代意念控制技術(shù)的研究興起于20世紀(jì)20年代，當(dāng)時研究人員剛剛發(fā)現(xiàn)人類腦電活動，并開發(fā)出單電極腦電描記技術(shù)，用以貼在頭皮上記錄腦電活動。研究人員還發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元通過電子“尖峰”傳遞信息，這可被極細(xì)的金屬絲（電極）記錄下來。1969年，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)猴子可以通過大腦運動皮質(zhì)中神經(jīng)元的活動來使生物反饋儀的指針發(fā)生偏斜。運動皮質(zhì)是大腦中計劃和支配軀體運動的區(qū)域，這是科學(xué)家首次證實腦電波可以控制外部設(shè)備。但菲茲沒有意識到，他創(chuàng)造了世界上首個腦機(jī)接口。

30年前，生理學(xué)家們開始記錄許多動物的神經(jīng)元發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動物運動時，它們的整個運動皮層的腦電信號都會增強(qiáng)，連接特定運動的單個神經(jīng)元速度也會加快。如果你記錄下足夠多的神經(jīng)元的信號，就可以得出某個人正在做什么或想要做什么的大致猜測。研究人員開發(fā)出算法，重建運動皮層神經(jīng)元的活動，并在1980年發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元與手臂移動方向之間的關(guān)系。自從20世紀(jì)90年代中期以來，研究人員已經(jīng)可以捕捉復(fù)雜的運動皮層信號，并記錄多個神經(jīng)元的運動，利用它們控制電子設(shè)備，建立我們稱之為意念控制技術(shù)的腦機(jī)接口。
腦機(jī)交互的出現(xiàn)，為癱瘓病人控制電腦或輪椅等設(shè)備提供了希望，通過戴上帽子和接受學(xué)習(xí)控制設(shè)備的訓(xùn)練，比如將輪椅想象成身體的一部分，或利觸發(fā)特定的心理任務(wù)指令來控制輪椅等。但是EEG的精確度有限，且只能發(fā)現(xiàn)有限的指令。而在復(fù)雜環(huán)境中控制輪椅活動通常令人心力交瘁，創(chuàng)造計算機(jī)能夠解釋的更清晰的信號也非常困難。為此，科學(xué)家們開始嘗試分享控制，即將大腦控制與人工智能相結(jié)合，后者是能夠幫助將粗略鬧心好變成更復(fù)雜指令的技術(shù)。有了分享控制技術(shù)，病人無需不斷下令輪椅前進(jìn)，而只需要下達(dá)指令1次，其余可交給軟件接管。利用這種技術(shù)，許多癱瘓病人已可利用意念控制機(jī)器臂。
在實現(xiàn)駕駛飛機(jī)之前 意念控制技術(shù)已經(jīng)造福了大量殘疾人
如果說VR改變了我們觀看世界的方式，語音技術(shù)改變我們聽說世界的方式，那么意念控制技術(shù)將會徹底改變我們與世界交互的方式。它可以幫助殘障人士更好地與世界互動；控制機(jī)器人替身去完成高風(fēng)險的任務(wù)作業(yè)；探知大腦工作原理，治療精神疾病患者；改變?nèi)祟惖纳缃环绞揭约叭伺c機(jī)器和諧相處。

（意念控制直接造福殘疾患者）

現(xiàn)在，許多意念控制設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)，比如有線頭骨帽（可玩視頻游戲）、風(fēng)扇（可通過腦電波吹風(fēng)）等。佩戴BBC iPlayer新耳機(jī)的用戶只需集中注意力就可以實現(xiàn)換臺，約翰-霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室的工程師們可通過意念控制機(jī)械手臂。美國也開發(fā)了擁有“近自然觸覺”的智能假肢，人們不僅可利用意念操作假肢，還能感受到假肢正在接觸物品的感受。
又如文章開頭我們介紹的霍尼韋爾航空研究所開發(fā)的意念駕駛飛機(jī)技術(shù)，只需要經(jīng)過短暫訓(xùn)練，飛行員就可利用思維的力量控制飛機(jī)；葡萄牙公司則開發(fā)出類似意念控制的無人機(jī)。
醫(yī)學(xué)界正為身體癱瘓或失去肢體的人創(chuàng)造更先進(jìn)的選擇。去年，一名癱瘓女子的左腦被植入小型傳感器，幫助她控制藍(lán)牙鼠標(biāo)，以操控平板電腦的觸摸屏。約翰-霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的醫(yī)生們在1名年輕人的運動皮層上安裝了128個電極傳感器，幫助控制其仿生手臂運動。

在改變世界創(chuàng)意峰會上，還有人提及為盲人創(chuàng)造“仿生眼”。這個創(chuàng)意原理是，眼鏡會直接將信號傳輸給大腦視覺皮層中的植入物，這可以幫助盲人提高85%的視覺。由于信息直接反射給大腦，這種技術(shù)承諾將可幫助那些視網(wǎng)膜植入無效的人。預(yù)計，此類技術(shù)的人體實驗最早將從2017年開始。
不損傷顱骨接收清晰腦電波信號的方式嗎？
從理論上講，人類沒有理由不能穿上用意念控制的仿生服，就像科幻電影《鋼鐵俠》中的小羅伯特·唐尼（Robert Downey Jnr）身穿的戰(zhàn)甲。此外，我們的大腦也應(yīng)該能變成萬能遙控器，可以控制房間里的所有設(shè)備。但是即使有了最好的技術(shù)，將大腦與機(jī)器相連也存在極大風(fēng)險。

當(dāng)前的意念控制設(shè)備還無法為你提供控制“鋼鐵俠”戰(zhàn)甲那樣的敏捷和力量。此外，它們還存在重大缺陷，需要通過頭上的信號器讀取你的腦電活動信號。為了清晰解讀大腦電子信號，醫(yī)生們必須打開或刺穿顱骨，在大腦表面上直接植入電極。這種手術(shù)顯然非常危險，術(shù)后在電極周圍也會留下傷疤。
此外，隨著時間推移，植入物將逐漸停止記錄，控制手臂將變得更加困難。而對于電子部件來說，電腦是個充滿敵意的環(huán)境。隨著時間推移，電子元件將被疤痕組織掩蓋，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)元會越來越少?？茖W(xué)家們正建造越來越的解碼器（解讀神經(jīng)元信號的軟件），并嘗試更具雄心的項目。
當(dāng)然，也有不太引人注意的方式，盡管其目前僅在綿羊身上進(jìn)行過測試。澳大利亞多個機(jī)構(gòu)的研究人員正研發(fā)一種設(shè)備，它的體積很小，可棲身在人類血管中。醫(yī)生們會將細(xì)長的彈性支架插入腹股溝的血管中，然后引導(dǎo)設(shè)備進(jìn)入人體，最終達(dá)到運動皮層，也就是大腦的運動指令中心。這種微型設(shè)備會停留在血管中，時刻收集腦電信號。最終，如果能實現(xiàn)這種設(shè)備與外骨骼“對話”，將幫助失去肢體的人恢復(fù)行動能力。截肢癱瘓或四肢癱瘓的病人，包括那些最近受傷的年輕人，最早將于2017年年末就可以申請接受測試。如果人體上的試驗取得成功，最早可能在6年內(nèi)投入商用。
練瑜伽和冥想的人和意念控制技術(shù)是天生一對
雖然插入支架比顱骨手術(shù)的創(chuàng)傷小，但目前的研發(fā)技術(shù)依然需要向人類大腦中植入外來物體。對于那些想要重新恢復(fù)移動能力的人來說，需要權(quán)衡安全性。
將外物植入體內(nèi)是非常危險的過程，依然屬于對身體的入侵，你必須確保利大于弊。毫無疑問，尋找更精確、更少入侵性的替代方案將會繼續(xù)。但在我們能夠獲得意念控制的外骨骼前，我們可能還需要繼續(xù)冒險。

（習(xí)慣和練習(xí)冥想的人意念控制能力更突出）

將來，腦機(jī)接口技術(shù)不僅包括技術(shù)方面的進(jìn)步，還包括使用它的人的大腦的進(jìn)步。有研究顯示，長期練習(xí)瑜伽和冥想的人學(xué)習(xí)利用意念控制電腦時進(jìn)展更快，效率也更高。當(dāng)然，并非所有人能夠輕松學(xué)會利用大腦控制計算機(jī)，許多人哪怕嘗試多次也無法成功。