用意念控制VR/AR，腦機介面背後的神經科學

用意念控制VR和AR

（映維網 2018年11月27日）2016年底，由神經科學家拉美西斯·阿爾卡德（Ramses Alcaide）和密歇根大學校友共同創辦的波士頓公司Neurable完成了200萬美元的融資，並致力於開發能夠支持用戶直接通過意念控制VR和AR的軟體。換句話說，一種能夠將你的意圖與計算設備聯繫起來的「大腦滑鼠」。大腦想著朝左邊移動，虛擬角色向左走；想著朝右邊移動，虛擬角色向右走。

Neurable的第一個項目《Awakening》是這個腦機實驗的概念證明。用戶將穿戴內置電極帽的VR頭顯來開玩《Awakening》，而電機帽能夠掃描頭皮並讀取大腦皮層所發生的電活動。在常規釋放中，電活動模式將開始出現。系統能夠通過腦電圖（EEG）檢測到以波浪狀一致發射的神經元（EEG是一種測量其電壓波動的非侵入性方法）。

Neurable的亞當·莫爾納（Adam Molnar）表示：「我們所做的事情是，尋找我們隨後用來控制體驗的離散腦電波。」

想像一下你面前出現有三件物品。當你將注意力集中在玩具積木時，它開始發射光脈衝。在這一過程中，大腦將下意識地記錄特定的閃爍模式。接下來，特定的神經元開始「發射」。Neurable的軟體能夠處理這種嘈雜的EEG數據，在其中尋找信號並將其轉換為遊戲命令：我想要的是這個。

這不是科幻作品，但你所扮演的角色顯然與科幻作品中的人物相差無幾。

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《Awakening》將從揚聲器系統的警告開始：「快醒醒，這不是測試。」你將扮演一名擁有超能力的政府囚犯，就像《怪奇物語》中的Eleven。你被囚禁在在一個不起眼的檢查室里，而裡面散落著幾個玩具：積木，充氣狗，以及一個球。它們以脈動光束閃爍，而每個都漂浮到空中，慢慢旋轉，直到你將視線焦點轉向下一個。對面牆上懸掛的是一面鏡子，如果被砸碎，隱藏的鍵盤和出路將顯現出來。你的目標是逃離房間。訣竅？沒有雙手，只有大腦意念。

你可以將Neurable的「讀心技術」看作是一種簡單的大腦閱讀機器。他們改裝的VR頭顯比標準的HTC Vive更加奇怪。它配備了六個笨重的電極，可以檢測佩戴者的基本意圖。來自如此腦機介面（BCI）的信號無法判斷你是否感到飢餓，或者你正在回憶銀行卡密碼，但它可以從一組有限的選項中讀取用戶的意圖。

莫爾納解釋說：「交互方法就像二進位點擊一樣，與電腦滑鼠非常接近。」但是，腦電圖並不一定是最強大的技術。

他繼續道：「腦電圖帶來了一系列的挑戰。它很難理解從神經元，通過頭骨，來到頭皮，然後再勉強傳輸進入腦電圖感測器的大腦活動。一般來說，EEG數據非常嘈雜，因為很難獲得清晰的信號。從微笑到眨眼，任何事情都會令本已難以接收的EEG信號更加混亂。」

正是出於這個原因，大多數實驗室使用「濕電極」，或浸泡在導電凝膠中的電極來增強導電性並獲取更清晰的EEG信號。然而，Neurable對乾電極實驗了一系列的優化方法。乾電極與其凝膠對應物不同，我們在室外環境可以更方便地使用它們。

莫爾納指出：「Neurable開發了一種能夠處理信號處理的專有演算法，這允許我們在更少數據的情況下理解大腦活動，而且結果更可靠。正因為如此，我們可以使用更少的乾式感測器，因此無需應用導電凝膠的繁重任務，同時允許低到中等水平的身體活動，即行走，移動頭部，而這對其他大多數EEG而言都相當困難。」

當這家企業剛開始的時候，他們採用了包含32個濕電極的電子帽，而相關過程需要30分鐘的校準：你需要進行一定的心智練習，以便AI程序可以成功地對大腦模式進行分類並生成期望的動作。最近，Neurable已經將32個濕電極減少到6個乾式EEG感測器，而且你僅需要2分鐘的校準時間.

Neurable不是唯一一家正在試水腦機介面的團隊。在過去數年間，一批又一批的科技企業已經將注意力轉向這一領域。2017年，Facebook宣布由60名工程師組成的團隊正在研發一種能夠掃描大腦並將其「話語」翻譯成文本的設備，從而實現無鍵盤打字。同年9月，埃隆·馬斯克向播客主持人喬·羅根（Joe Rogan）表示他計劃融合AI與人類大腦。

馬斯克當時說道：「有了智能手機或計算機之後，你可以有多聰明呢？實際上，你會非常很聰明。你幾乎可以立即回答任何問題。你可以完美進行記憶。你的智能手機可以完美地記住視頻（和）圖片。你的智能手機已經是你的延伸。你已經是一個半機械人。大多數人都沒有意識到自己已經是一個半機械人。只是數據速率…它很慢，真的很慢。它就像是生物自我和數字自我之間的信息流。我們需要令這條小溪變成一條大河，變成一個巨大的高帶寬介面。」

但儘管未來看似一片光明，但BCI仍需要數十年的時間發展。美國康涅狄格大學心理科學與生物醫學工程系的神經科學家希瑟·雷德（Heather Read）博士表示：「BCI需要融入至你的身體，這樣你才能成為一個機器人。」相比之下，基於EEG的BCI更像是騎自行車。這是我們自己的延伸，騎車比我們用雙腿奔跑更快。「當能夠將自行車作為自己身體的延伸並更快地前進時，沒有人會猶豫。」雷德博士如是說道。

令人感到驚訝的是，自旋轉撥號式電話時代以來，橋接心智和機器所需的技術已經以某種形式存在。腦機介面這個術語最早是由傑出的加州大學洛杉磯分校計算機科學系的創始成員雅克·維達爾（Jacques Vidal）教授於1973年創造。他當時就提出有可能在大腦和外部設備之間建立一種直接的溝通途徑。

斯坦福大學神經科學家莎蓮·弗萊什（Sharlene Nicole Flesher）說道：「EEG已存在數十年時間。老實說，我不認為未來10年，甚至20年內可以看到像EEG這樣的技術有任何改善。儘管機器學習和人工智慧的出現可以提供幫助，但EEG提供的信號可能正處於或接近於最高的性能水平。」

自2017年以來，雷德博士就作為學校的Brain Computer Interface Core部門主任，通過與麻省理工學院的合作，她的團隊正在開發一種能夠讀取和調節人類大腦活動的技術，而且時間讀數精度比人類反應時間快100倍。與弗萊什博士不同，她堅信未來二十年內讀取大腦及其行為活動的能力將會變得更快，更準確。

她指出：「在用於VR/AR時，這種時間讀數精度將能帶來一個全新的實時神經調節領域，並可用於提供神經調節治療。結合高速無線介面，這將有助於令BCI更加流暢，有效和有趣。」

但對弗萊什和雷德而言，腦機介面的真正未來在於腦內，亦即將腦機介面植入大腦之中。

弗萊什表示：「我期望在未來看到的技術改進在於電極設計。這會令向大腦植入某物的概念變得不那麼嚇人。」確實，向大腦進行植入是一個非常大的考驗。在今天，侵入性腦部手術仍然停留於醫學界，現代BCI植入物旨在幫助恢復失去的關鍵功能。但根據弗萊什的說法，娛樂行業可能會採用侵入性大腦植入物。她指出：「為遊戲/便利之類的目的植入感測器有可能在40到50年之後實現。」。

但根據雷德的說法，我們甚至可能不需要等待那麼長時間就能看到具備心靈感應能力的半機器人力量。

她說：「如果在20年到30年內有充足的遠見和資金，當好處大於風險時，通過手術將感測器植入大腦和身體是可行的做法，這樣你就可以『遙控』控制設備，汽車和其他機器。」

原文鏈接：https://yivian.com/news/53281.html

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