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从科幻走入现实的“阿凡达”

2012-03-21 09:33
潇纵
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  神秘的BCI究竟是什么

  据了解,BCI技术有单双通道之分,单通道BCI技术只能在同一时刻用电脑接受大脑指令或向大脑发送指令,而双通道BCI技术则能在大脑和电脑之间同时建立起信息交互链路。目前,世界各国研发机构公开的成果,主要集中在单通道BCI技术领域,该技术通过直接采集来自大脑的神经生物学信号,并将其转换为输出指令,而不依赖正常的外围神经中枢和肌肉组织输出通道来实现指令传送。

  追溯历史,我们发现BCI技术并不久远。1973年,美国科学家维达尔首次产生了BCI技术的概念萌芽,时隔4年后,其将BCI技术初步定义为:一种能反映大脑功能内在机理微观信息的计算机系统技术。与此同时,维达尔还以视觉刺激产生的视觉诱发电位(VEP)作控制信号,建立了一个操作者通过控制光标成功穿越二维迷宫的BCI技术系统。1988年,科学家法威尔和杜切尔利用P300事件相关电位(ERPS)实现了用大脑直接控制虚拟打字机的操作。1999年,第一次BCI国际会议给出了BCI的明确定义,即“脑—机”接口技术是一种不依赖于通常由外围神经和肌肉组成的传输通路的通讯系统技术。

  BCI技术的内在原理是,当一个人的大脑在进行思维活动、产生意识(如动作意识)或受到外界刺激(如视觉、听觉等)时,伴随其神经系统运行的还有一系列电活动,这些脑电信号(EEG)可以通过特定的技术手段加以检测,然后再通过信号处理(特征提取、功能分类等),从中辨别出当事人的真实意图,并将其思维活动转换为指令信号,以实现对外部物理设备的有效控制。基于该原理,BCI技术系统像任何通讯及控制系统一样,由输入(如使用者的EEG信号)、输出(如控制外部设备的指令)、信号处理和转换等功能环节组成。

  BCI技术系统的关键技术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及人机高效交互技术。一般BCI技术常用的输入信号是来自头皮或脑表面记录的EEG,以及大脑内记录的神经元电活动。信号处理环节就是通过对源信号进行适当的处理分析,把连续的模拟信号转换成用某些特征参数(如幅值、自回归模型的系数等)表示的数字信号,然后将提取到的上述特征参数利用分类器进行功能分类,从而产生操作驱动指令,通过物理传输装置实现与外界的有效交流。

  “技术制胜”是美国军事战略思维的重要特征之一,不难理解,BCI技术的相关突破早已进入美国军方的视野。

  美BCI研究已经非常深入

  美国国防部前副部长、军控和裁军总署前主任弗莱德·查尔斯·伊克莱,在其名为《国家的自我毁灭》一书中,对BCI技术的军事应用前景给予了高度关注。他写道:“目前已有数百个试图将人脑同计算机相结合的独立研究计划。一开始,这些研究得到的资助很少,有些只是玩玩概念游戏而已。但近期对人脑与电脑相结合的研究项目BCI技术得到了重视,在美国和欧洲的大学里,这类项目的数量成倍地增长。”他进一步指出,“我们必须对人脑研究的发展进程加以关注。神经科学对人脑的功能——即智力、意志、情感和神秘的‘意识’功能——日益加深理解。在一些无需进入人体的新探测技术的帮助下,科研人员可以观察人脑的思维功能。新的探测仪器包括功能磁场声波成像仪,穿头盖骨磁震荡仪以及阳电子释放体层摄影仪等。这些仪器已经能够提供人脑在从事特定活动时有价值的数据。近来,科学家已成功地使用纳米感应器和荧光成像仪来观察个别脑细胞的化学变化。”

  与伊克莱的关注相呼应,目前,在美国DARPA的军事科研项目中,也提到“该项目旨在利用脑机接口技术探索扩展人类机能,利用获取的神经代码进行整合和控制入侵式设备和系统。项目跨越多学科迎战科技新挑战,它将要求集合各学科的人员来完成通过大脑活动进行人类互动并直接控制机器的目标。”

 

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