意念控制——你可以擁有的超能力

神舟十一號載人航天飛船已於10月19日凌晨與天宮二號成功對接，航天員33天的太空之旅持續受到關注。除了為天宮二號空間實驗室在軌運營提供物資服務外，航天員還會開展並參與航天醫學實驗，空間科學實驗，在軌維修等技術試驗以及科普活動，其中備受關注的是一項科幻色彩濃烈的前瞻性研究：由意念控制的腦機交互實驗。

說到意念控制者，大家都不會陌生，比如著名的都敏俊教授，不用人為操作就可直接用意念控制燈泡明滅、用意念隔空取物等等，還有《X戰警》的X教授，擁有強大的心靈感應和精神控制的能力。然而這樣的「意念控制術」是否只存在於影視小說中呢，隨著腦科學和計算機技術的發展，我們和都教授之間到底還差多少個阿爾法狗。

從科學體系的角度講：意念控制技術包括了神經科學、認知科學、計算科學、物理學、數學等多領域學科，這種技術的初級階段，主要是腦機交互（BCI，Brain-Computer Interface）。「腦」即是人腦，說準確一些，是人腦的神經系統，「機」就是任何用於計算和處理的設備，從晶元、電路到計算機都算。腦機交互就是利用大腦在做神經活動時產生的腦電信號（EEG），實現人腦與計算機或其他電子設備的直接通信和控制，實質為計算機通過腦信號推斷人的想法或目的。

要理解腦機交互，首先得知道什麼是「腦電」和它如何被提取。生物電現象是生命活動的基本特徵之一，各種生物均有電活動的表現，大到鯨魚，小到細菌，都有或強或弱的生物電。英文細胞（cell）一詞也有電池的含義，無數的細胞就相當於一節節微型的小電池，是生物電的源泉。人腦中有許多的神經細胞在活動著，並成電器性的變動。腦中的電器性震動我們稱之為腦波。通俗來說，腦波是由腦細胞所產生的生物能源，或者是腦細胞活動的節奏。現代腦電圖學中，根據腦電頻率與幅度的不同, 將腦電波劃分為四種波段：α波、β 波、θ波和δ波。

由於腦波活動具有一定的規律性特徵，且和大腦的意識存在某種程度的對應關係，在興奮、緊張、昏迷等不同狀態之下，腦電波的頻率會有明顯的不同，腦波這種隨情緒波動而變化的特性，使得人類對於腦波的開發利用成為了可能。但由於人的大腦被頭蓋骨緊緊包裹，屏蔽了大量的腦波，腦電波的提取必須依靠電極等精密的電子儀器，從頭皮上將腦部的自發性生物電位加以收集、放大並記錄。

腦機交互的實現依賴於腦機雙向適應性。一方面是要求使用者採用合適的方式和手段不斷調整自身大腦狀態，產生最佳信號，以適應計算機解析演算法。另一方面計算機執行合適的解析演算法對腦電信號進行分析，分析結果控制計算機或者電子設備。反饋是實現BCI系統中「腦對機的適應性」主要交互手段。

BCI系統主要的反饋手段是生物反饋，它不同於傳統控制系統中的反饋。該反饋是系統將輸出結果反饋給使用者，使用者將結果與期望進行對比，然後對自身思維意識進行合理調節，使得系統的輸出結果更接近於期望值。當大腦通過不斷地反饋，修正，產生最佳腦電信號後，計算機可利用機器學習獲得解析演算法，產生控制命令。

當然，意念控制腦機交互作為一項前瞻性實驗，目前還在起步階段，困難重重，包括ＢCI信號處理速度慢，信號提取精度低，信號採集和處理方法需改進，腦電信號抗干擾性弱，自適應差，機器學習技術不成熟等。但是一旦這項黑科技得以實現，它給我們帶來的將是無法想像的顛覆。如果說VR改變我們看世界的方式，語音技術改變我們聽說世界的方式，那麼意念控制技術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相處；控制機器人替身去完成高風險的任務作業；探知大腦工作原理，治療精神疾病患者；改變人類的社交方式以及成為人與機器和諧相處的終極答案。

出品：科普中國

製作：未來人團隊

監製：中國科學院計算機網路信息中心

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