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                    《科學24小時》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    旨在向全國廣大群眾,特別是具有中等文化程度的廣大青年,普及科學技術知識,繁榮科普創作,啟迪思想,開拓視野。

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                    意念成真

                    2017-05-05 10:54:00

                     

                    看過電影《阿凡達》的觀眾一定不會忘記影片中這樣一個情節: 在潘多拉星上,下身癱瘓的的前海軍戰士杰克·薩利躺在密封艙內,通過頭上佩戴的復雜設備,利用意念操控人造的混血阿凡達。 盡管潘多拉星和阿凡達只是導演卡梅隆的藝術想象,利用意念操控阿凡達也不可能發生,但你或許不知道,利用“意念”操控物體已經不再是人類的空想。 

                    最早的“意念打字”

                    早在20世紀40年代電腦剛剛問世的時候,就已經有科學家提出一個大膽的設想: 人類能否設計一種“讀心系統”,用意念在電腦上輸入字符, 以節省眼睛與大腦之間的思維轉換時間。 當時他們的目的很簡單,就是為了給殘疾人提供幫助,讓他們也能夠使用電腦這一類高科技產品。

                    1988年,美國伊利諾伊大學的研究人員研發出 了一種拼寫系統——P300。這種系統利用電位形成編碼,而誘發電位解析編碼的是36 個點位定位,同時在36個點位放置對應字符,以此幫助使用者實現“意念打字”。 P300系統規定了每行每列的固定字符數,工作界面還會自動隨機閃爍,并有序記錄行與列的閃爍順序。 當你看到某個字符時,系統就會自動識別該字符位置并進行定位。

                    P300看似非常復雜,但實際上使用起來卻非常簡便,使用者只需要將大腦連接上單向電路即可。 電腦會自動識別使用者大腦傳出的信息,然后將它們在屏幕上顯示出來。不過,當時的技術還不發達, P300的思維轉換需要相當長的時間。 根據受試者的身體狀況, P300每分鐘的讀取速度大約只有1 2個單詞,這樣的工作效率顯然非常低下。 不過在當時,新鮮問世的“意念打字”已經足夠神奇。 

                    腦電的秘密

                    如何才能利用人類的“意念”使用或操控物體? 首先,我們要理解“腦電”的概念?!耙饽睢辈倏仄鋵嵕褪抢萌祟惖哪X電波進行控制,相關的科學研究已經超過半個世紀。

                    人類在進行各項生理活動時都會釋放一定的電壓。 心臟跳動時會產生12毫伏的電壓,眼睛開閉會產生56毫伏的電壓,而思考問題時大腦則會產生 0. 21毫伏的電壓。 如果用科學儀器測量大腦的電位活動,那么在熒幕上就會顯示出波浪一樣的圖形,這就是“腦電波”。

                    腦電波活動具有一定的規律和特征,這和大腦的意識存在著某種程度上的對應關系。人類在處于興奮、緊張、 昏迷、清醒等不同心理和生理狀態時,腦電波的頻率會有明顯不同,基本處于140赫茲之間。 而依照不同的頻率,腦電波又分為α、β、δ、θ波。

                    當人在一定的壓力下精神高度集中時,腦電波頻率在1238赫茲之間,這個波段被稱為β波,是“意識”層面的腦電波; 當人注意力下降,處于放松狀態時,腦電波頻率會下降至812赫茲,這個波段被稱為α波;而進入睡眠狀態后,腦電波頻率會進一步下降,并分為θ波(48赫茲)和δ波(0. 54赫茲),它們分別反映的是人在“潛意識”和“無意識”階段的狀態。 正是因為腦電波具有這種隨著情緒波動而變化的特性,才讓人類對于腦電波的開發利用成為可能。

                    電影《阿凡達》中所展現的情節,實際上就是一種利用人類腦電波實現的腦機接口技術(Brain-Comput- er Interface,簡稱BCI),這種技術通過對腦電信息的分析解讀,將其進一步轉化為相應的動作,這就是用“意念”操控物體的基本原理。

                     

                    腦機接口技術

                    腦機接口,有時也被稱作“大腦端口”或“腦機融合感知”,它是指在人或動物腦(或者腦細胞的培養物)與計算機等外部設備之間建立的直接連接通路。 在單向腦機接口的情況下,計算機或會接受腦部傳來的命令, 或會發送信號到腦(例如視頻重建),兩者不可兼具。 而雙向腦機接口則允許腦和外部設備之間的雙向信息交換。

                    在該定義中,“腦”一詞意指有機生命形式的腦或神經系統,而“機”則為任何處理或計算的設備,其形式可以從簡單的電路到復雜的硅芯片。

                    20世紀80年代末期,在多年動物實驗的基礎上,應用于人體的早期植入設備出現了。這種設備形似“頭盔”,使用者將“頭盔”與頭部緊密接觸后,“頭盔”上的傳感器就可以監視人類大腦的活動。 與早期的 P300相比,現在的腦機接口技術能夠更為快捷方便地實現“意念操控”。研究者還表示,腦機接口技術可以像人類的自然肢體那樣控制植入的假肢, 同時幫助部分使用者恢復損傷的聽覺、視覺和肢體運動能力。

                    近日,美國斯坦福大學的研究人員還將“頭盔”戴在了猴子的大腦上。 傳感器植入猴子的大腦,讓它在大腦區域讀取通過鍵盤輸入屏幕的字符,隨后用設計腦信號和驅動光標速度的方法,識別猴子打字的腦電位信號, 以此實現在虛擬鍵盤上的移動光標和選擇字母。 最終,猴子將看到的文字用“意念打了出來”,以每分鐘輸入12個單詞的速度抄寫了《哈姆雷特》。

                    當然,科學家還想利用腦機接口技術幫助更多的殘障人士, 比如霍金。 近年來,隨著霍金的“輸出系統”即運動神經元持續死亡,普通的 BCI 技術已經無法幫助霍金像以往那樣“說話”了。 不過,神經科學家還想到了利用表情識別以及對眼球運動的追蹤,讀取霍金的腦電波以及潛在的傳輸命令,但前提是要在其大腦中植入多極陣列,畢竟肌肉的伸縮有時候并不受腦神經的控制。 盡管此類的“意念輸出”速度相對較慢,但如果成功,人類的腦電波就可直接利用肌肉運動實現命令輸出。

                     

                    未來是意念世界

                    隨著科技的發展, 意念控制正在走進我們的生活,從大型電子計算機到植入腦電波,人類與機器的溝通已經從復雜的語言簡化成細微的動作, 以后可能就連細微的動作也會省去。 我們可以通過意念控制家電設備的開關和使用,甚至實現“意念駕駛汽車”,專家預測,這種生活方式極有可能在未來十年內變成現實。

                    目前,世界各國都在研究各類相關技術。 比如韓國三星電子實驗室就在研究利用大腦控制平板電腦的啟動和關閉, 同時實現在網站上用意念搜索你需要的內容。 而美國 Neu- rosky公司則開發了一款藍牙耳機,使用者戴上它就能用意念玩游戲并搜索想聽的歌曲, 同時還能用意念下載需要的文檔。

                    當然意念科技如同隔著一堵墻聽取別人的對話,想要實現機器與大腦的緊密配合不可能一帆風順,畢竟任何一次腦控技術的應用都需要電極介入——連接傳感器使信號放大——最終實現控制機械。況且,就連將電極植入大腦的腦控技術目前也面臨著許多問題,比如想讓電子產品真的完全理解人類大腦發出的信號,我們甚至需要動用醫科手術將感應器植入大腦中。

                    但不管怎么說,意念控制技術的發展不僅能讓殘障人士擁有第二套肢體,還能讓人們從傳統的手控設備中逐步脫離,享受肢體上的自由,用最真實的意念去感受和體驗生活。盡管意念控制技術仍處在研發和測試階段,尚未走進千家萬戶,但相信在不久的將來,意念控制一定會來到你我身邊,為人類帶來一場全新的革命。

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