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用意念控制VR/AR,腦機(jī)接口背后的神經(jīng)科學(xué)

來源:https://yivian.com

    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(jì)算設(shè)備聯(lián)系起來的“大腦鼠標(biāo)”。大腦想著朝左邊移動(dòng),虛擬角色向左走;想著朝右邊移動(dòng),虛擬角色向右走。


    Neurable的第一個(gè)項(xiàng)目《Awakening》是這個(gè)腦機(jī)實(shí)驗(yàn)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(dòng)。在常規(guī)釋放中,電活動(dòng)模式將開始出現(xiàn)。系統(tǒng)能夠通過腦電圖(EEG)檢測(cè)到以波浪狀一致發(fā)射的神經(jīng)元(EEG是一種測(cè)量其電壓波動(dòng)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(yàn)的離散腦電波?!?


用意念控制VR/AR,腦機(jī)接口背后的神經(jīng)科學(xué)


    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(shí),它開始發(fā)射光脈沖。在這一過程中,大腦將下意識(shí)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(hào)并將其轉(zhuǎn)換為游戲命令:我想要的是這個(gè)。


    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(cè)試?!蹦銓缪菀幻麚碛谐芰Φ恼舴?,就像《怪奇物語》中的Eleven。你被囚禁在在一個(gè)不起眼的檢查室里,而里面散落著幾個(gè)玩具:積木,充氣狗,以及一個(gè)球。它們以脈動(dòng)光束閃爍,而每個(gè)都漂浮到空中,慢慢旋轉(zhuǎn),直到你將視線焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向下一個(gè)。對(duì)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(jiǎn)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(gè)笨重的電極,可以檢測(cè)佩戴者的基本意圖。來自如此 腦機(jī)接口 (BCI)的信號(hào)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(xiàng)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(diǎn)擊一樣,與電腦鼠標(biāo)非常接近?!钡牵X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(dòng)。一般來說,EEG數(shù)據(jù)非常嘈雜,因?yàn)楹茈y獲得清晰的信號(hào)。從微笑到眨眼,任何事情都會(huì)令本已難以接收的EEG信號(hào)更加混亂?!?


    正是出于這個(gè)原因,大多數(shù)實(shí)驗(yàn)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(hào)。然而,Neurable對(duì)干電極實(shí)驗(yàn)了一系列的優(yōu)化方法。干電極與其凝膠對(duì)應(yīng)物不同,我們?cè)谑彝猸h(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(hào)處理的專有算法,這允許我們?cè)诟贁?shù)據(jù)的情況下理解大腦活動(dòng),而且結(jié)果更可靠。正因?yàn)槿绱?,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(shí)允許低到中等水平的身體活動(dòng),即行走,移動(dòng)頭部,而這對(duì)其他大多數(shù)EEG而言都相當(dāng)困難。”


用意念控制VR/AR,腦機(jī)接口背后的神經(jīng)科學(xué)


    當(dāng)這家企業(yè)剛開始的時(shí)候,他們采用了包含32個(gè)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(duì)大腦模式進(jìn)行分類并生成期望的動(dòng)作。最近,Neurable已經(jīng)將32個(gè)濕電極減少到6個(gè)干式EEG傳感器,而且你僅需要2分鐘的校準(zhǔn)時(shí)間.


    Neurable不是唯一一家正在試水腦機(jī)接口的團(tuán)隊(duì)。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(duì)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(shí)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(jì)劃融合AI與人類大腦。


    馬斯克當(dāng)時(shí)說道:“有了智能手機(jī)或計(jì)算機(jī)之后,你可以有多聰明呢?實(shí)際上,你會(huì)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(gè)半機(jī)械人。大多數(shù)人都沒有意識(shí)到自己已經(jīng)是一個(gè)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(gè)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(shí)間發(fā)展。美國(guó)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(gè)機(jī)器人?!毕啾戎?,基于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?!爱?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(shí),沒有人會(huì)猶豫。”雷德博士如是說道。


    令人感到驚訝的是,自旋轉(zhuǎn)撥號(hào)式電話時(shí)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(gè)術(shù)語最早是由杰出的加州大學(xué)洛杉磯分校計(jì)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(shí)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(shí)間。老實(shí)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(hào)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(duì)正在開發(fā)一種能夠讀取和調(diào)節(jié)人類大腦活動(dòng)的技術(shù),而且時(shí)間讀數(shù)精度比人類反應(yīng)時(shí)間快100倍。與弗萊什博士不同,她堅(jiān)信未來二十年內(nèi)讀取大腦及其行為活動(dòng)的能力將會(huì)變得更快,更準(zhǔn)確。


    她指出:“在用于VR/AR時(shí),這種時(shí)間讀數(shù)精度將能帶來一個(gè)全新的實(shí)時(shí)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(duì)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(jì)。這會(huì)令向大腦植入某物的概念變得不那么嚇人?!贝_實(shí),向大腦進(jìn)行植入是一個(gè)非常大的考驗(yàn)。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(huì)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(shí)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(zhǎng)時(shí)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(xiǎn)時(shí),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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