用意念控制VR/AR,腦機(jī)接口背后的神經(jīng)科學(xué)
2016年底,由神經(jīng)科學(xué)家拉美西斯·阿爾卡德(Ramses Alcaide)和密歇根大學(xué)校友共同創(chuàng)辦的波士頓公司Neurable完成了200萬美元的融資,并致力于開發(fā)能夠支持用戶直接通過意念控制VR和AR的軟件。換句話說,一種能夠?qū)⒛愕囊鈭D與計算設(shè)備聯(lián)系起來的“大腦鼠標(biāo)”。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(jī)實驗的概念證明。用戶將穿戴內(nèi)置電極帽的VR頭顯來開玩《Awakening》,而電機(jī)帽能夠掃描頭皮并讀取大腦皮層所發(fā)生的電活動。在常規(guī)釋放中,電活動模式將開始出現(xiàn)。系統(tǒng)能夠通過腦電圖(EEG)檢測到以波浪狀一致發(fā)射的神經(jīng)元(EEG是一種測量其電壓波動的非侵入性方法)。
Neurable的亞當(dāng)·莫爾納(Adam Molnar)表示:“我們所做的事情是,尋找我們隨后用來控制體驗的離散腦電波?!?
想象一下你面前出現(xiàn)有三件物品。當(dāng)你將注意力集中在玩具積木時,它開始發(fā)射光脈沖。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(jīng)元開始“發(fā)射”。Neurable的軟件能夠處理這種嘈雜的EEG數(shù)據(jù),在其中尋找信號并將其轉(zhuǎn)換為游戲命令: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。
《Awakening》將從揚(yáng)聲器系統(tǒng)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,而里面散落著幾個玩具: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(zhuǎn),直到你將視線焦點轉(zhuǎn)向下一個。對面墻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(xiàn)出來。你的目標(biāo)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(shù)”看作是一種簡單的大腦閱讀機(jī)器。他們改裝的VR頭顯比標(biāo)準(zhǔn)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(jī)接口 (BCI)的信號無法判斷你是否感到饑餓,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(jìn)制點擊一樣,與電腦鼠標(biāo)非常接近。”但是,腦電圖并不一定是最強(qiáng)大的技術(shù)。
他繼續(xù)道:“腦電圖帶來了一系列的挑戰(zhàn)。它很難理解從神經(jīng)元,通過頭骨,來到頭皮,然后再勉強(qiáng)傳輸進(jìn)入腦電圖傳感器的大腦活動。一般來說,EEG數(shù)據(jù)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?!?
正是出于這個原因,大多數(shù)實驗室使用“濕電極”,或浸泡在導(dǎo)電凝膠中的電極來增強(qiáng)導(dǎo)電性并獲取更清晰的EEG信號。然而,Neurable對干電極實驗了一系列的優(yōu)化方法。干電極與其凝膠對應(yīng)物不同,我們在室外環(huán)境可以更方便地使用它們。
莫爾納指出:“Neurable開發(fā)了一種能夠處理信號處理的專有算法,這允許我們在更少數(shù)據(jù)的情況下理解大腦活動,而且結(jié)果更可靠。正因為如此,我們可以使用更少的干式傳感器,因此無需應(yīng)用導(dǎo)電凝膠的繁重任務(wù),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(shù)EEG而言都相當(dāng)困難?!?
當(dāng)這家企業(yè)剛開始的時候,他們采用了包含32個濕電極的電子帽,而相關(guān)過程需要30分鐘的校準(zhǔn):你需要進(jìn)行一定的心智練習(xí),以便AI程序可以成功地對大腦模式進(jìn)行分類并生成期望的動作。最近,Neurable已經(jīng)將32個濕電極減少到6個干式EEG傳感器,而且你僅需要2分鐘的校準(zhǔn)時間.
Neurable不是唯一一家正在試水腦機(jī)接口的團(tuán)隊。在過去數(shù)年間,一批又一批的科技企業(yè)已經(jīng)將注意力轉(zhuǎn)向這一領(lǐng)域。2017年, Facebook 宣布由60名工程師組成的團(tuán)隊正在研發(fā)一種能夠掃描大腦并將其“話語”翻譯成文本的設(shè)備,從而實現(xiàn)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(dāng)時說道:“有了智能手機(jī)或計算機(jī)之后,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(jìn)行記憶。你的智能手機(jī)可以完美地記住視頻(和)圖片。你的智能手機(jī)已經(jīng)是你的延伸。你已經(jīng)是一個半機(jī)械人。大多數(shù)人都沒有意識到自己已經(jīng)是一個半機(jī)械人。只是數(shù)據(jù)速率…它很慢,真的很慢。它就像是生物自我和數(shù)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接口?!?
但盡管未來看似一片光明,但BCI仍需要數(shù)十年的時間發(fā)展。美國康涅狄格大學(xué)心理科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程系的神經(jīng)科學(xué)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(jī)器人?!毕啾戎拢贓EG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(dāng)能夠?qū)⒆孕熊囎鳛樽约荷眢w的延伸并更快地前進(jìn)時,沒有人會猶豫?!崩椎虏┦咳缡钦f道。
令人感到驚訝的是,自旋轉(zhuǎn)撥號式電話時代以來,橋接心智和機(jī)器所需的技術(shù)已經(jīng)以某種形式存在。腦機(jī)接口這個術(shù)語最早是由杰出的加州大學(xué)洛杉磯分校計算機(jī)科學(xué)系的創(chuàng)始成員雅克·維達(dá)爾(Jacques Vidal)教授于1973年創(chuàng)造。他當(dāng)時就提出有可能在大腦和外部設(shè)備之間建立一種直接的溝通途徑。
斯坦福大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家莎蓮·弗萊什(Sharlene Nicole Flesher)說道:“EEG已存在數(shù)十年時間。老實說,我不認(rèn)為未來10年,甚至20年內(nèi)可以看到像EEG這樣的技術(shù)有任何改善。盡管機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的出現(xiàn)可以提供幫助,但EEG提供的信號可能正處于或接近于最高的性能水平?!?
自2017年以來,雷德博士就作為學(xué)校的Brain Computer Interface Core部門主任,通過與麻省理工學(xué)院的合作,她的團(tuán)隊正在開發(fā)一種能夠讀取和調(diào)節(jié)人類大腦活動的技術(shù),而且時間讀數(shù)精度比人類反應(yīng)時間快100倍。與弗萊什博士不同,她堅信未來二十年內(nèi)讀取大腦及其行為活動的能力將會變得更快,更準(zhǔn)確。
她指出:“在用于VR/AR時,這種時間讀數(shù)精度將能帶來一個全新的實時神經(jīng)調(diào)節(jié)領(lǐng)域,并可用于提供神經(jīng)調(diào)節(jié)治療。結(jié)合高速無線接口,這將有助于令BCI更加流暢,有效和有趣。”
但對弗萊什和雷德而言,腦機(jī)接口的真正未來在于腦內(nèi),亦即將腦機(jī)接口植入大腦之中。
弗萊什表示:“我期望在未來看到的技術(shù)改進(jìn)在于電極設(shè)計。這會令向大腦植入某物的概念變得不那么嚇人?!贝_實,向大腦進(jìn)行植入是一個非常大的考驗。在今天,侵入性腦部手術(shù)仍然停留于醫(yī)學(xué)界,現(xiàn)代BCI植入物旨在幫助恢復(fù)失去的關(guān)鍵功能。但根據(jù)弗萊什的說法,娛樂行業(yè)可能會采用侵入性大腦植入物。她指出:“為游戲/便利之類的目的植入傳感器有可能在40到50年之后實現(xiàn)。”。
但根據(jù)雷德的說法,我們甚至可能不需要等待那么長時間就能看到具備心靈感應(yīng)能力的半機(jī)器人力量。
她說:“如果在20年到30年內(nèi)有充足的遠(yuǎn)見和資金,當(dāng)好處大于風(fēng)險時,通過手術(shù)將傳感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(shè)備,汽車和其他機(jī)器?!?
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