脑电波打字有了新纪录 BCI是打开人机交互的钥匙

中国经济导报记者|王晓涛

    2019世界机器人大会举行期间，在展览区的E展馆，记者看到了奇特的一幕——在一排工作台前，每个工位上都有两个人在为一个坐在椅子上的人精心整理着“头饰”，不过他们眼前所摆放的并不是梳妆用的镜子，而是电脑显示屏。其实他们精心调整的并非头饰，而是脑电帽——一种无创脑机接口设备。这是本届大会的重头赛事“BCI脑控机器人大赛暨第三届中国脑机接口比赛”的现场。
    脑机接口BCI出现在机器人大会上，意味着什么？清华大学医学院生物医学工程系教授高上凯表示，在神圣的机器人大会上谈脑机接口看似有点跑题，但其实BCI可以从另外一个角度帮助人类审视机器人和人工智能的研究方向及未来的发展前景。

脑控打字纪录诞生

    8月24日上午，世界机器人大会的脑控打字纪录正式诞生！天津大学选手魏斯文在澳门大学-香港大学联合一队开发的算法下，通过脑电波实现了691.55bit/min的理想信息传输速率（ITR）。该信息传输速率相当于在100%准确率下以0.413秒输出一个英文字母（单字母信息量按4.76bit/min计算，字母和空格数合计27个）。不用手，不用键盘，直接凭借意念，每分钟在电脑屏幕输出691.55比特，相当于每分钟输出69个汉字。
    据了解，普通人用手在触屏手机上打字的速度是每分钟600比特。这也就意味着，这位选手凭借脑电波打字的最快速度，可以超过普通人用触屏手机打字。
    据了解，2019世界机器人大赛设立“BCI脑控机器人大赛暨第三届中国脑机接口比赛”的目的，是以赛事为平台，推进脑机接口技术的创新突破。所谓脑机接口BCI，是指通过对神经系统电活动和特征信号的收集、识别及转化，使人脑发出的指令能够直接传递给指定的机器终端，从而使人对机器人的控制和操作更为高效便捷。这一技术可广泛应用于助残康复、灾害救援、娱乐体验等多个领域。在大赛现场，西安交通大学机械工程学院医工交叉研究所的参赛人员专门演示了人超视距脑控无人机飞行。

马斯克是否真得疯狂

    就在上月，特斯拉和SpaceX的创始人兼首席执行官，人称“科技狂人”的埃隆·马斯克宣布，脑机接口研究取得突破性进展，“一只猴子已经能用大脑控制电脑”。这意味着，人脑和计算机直接连线互通将成为现实。他计划在明年底实现人脑与电脑连接，短期目标是利用这项技术帮助有脑部病的患者，长期目标是实现人脑与人工智能的互联，以应对人工智能带来的威胁。
    对此，德国汉堡大学信息科学系多模态技术研究所所长张建伟表示，脑机接口分为侵入和非侵入两种方式，马斯克选择的是直接的侵入式方法，如果投资足够大，大家接受这种可侵入式的电极，每年可能会有摩尔定律般的增长，可以实现读脑信号。但他同时坦言：“这种侵入式的方法很难变成大量的商业模式，可能会对特别严重的残疾人有些作用，但比例会非常小。”显然，张建伟更推崇非侵入式多模态的形式。
    不过，台湾大学的罗仁权教授对马斯克的“疯狂”却持认可接受的态度。他说：“侵入式没有那么可怕，中国的针灸就能够治病，因此，如果没有什么特别的伤害性，经过研究以后能够得到很多信息，作为很强的人工智能连接，我觉得这是可行的。”他认为，即便这种方式在脑机接口领域不一定会蓬勃发展，但也是一个发展的机会。
    无独有偶，就在马斯克公布“脑后插管”技术不到半个月，Facebook透露了其在脑机接口项目上的新进展。与马斯克的“疯狂”不同，Facebook选择的是一种无需在人脑中植入电极的非侵入式BCI解决方案。
    谈及BCI未来的发展，张建伟认为，BCI其实还有很长的路要走，“要真正把人的大脑搞清楚可能是一百年的任务，但是初级的意识、行为和基本的、比较简单的意图识别，近期内还是有可能实现的”。

脑云对接是一个方向

    事实上，两年前Facebook就发布了一个雄心勃勃的计划，要实现一分钟打一百个字，即要比手机输入的速度还快好几倍，但到目前为止这个目标还没有实现。高上凯教授表示，脑机接口的价值，就是基于观察到的大脑皮层的可塑性，只要给予一定的信息或者进行一定的训练，就可以改变大脑皮层神经网络的连接方式，将来可以减缓疾病的伤害，或者提升人的认知能力。
    高上凯认为，脑机接口在康复应用领域很重要，他以中风病人为例说：“人中风以后经常会引起偏瘫，偏瘫是管运动的大脑皮层受到了损伤。现在医院的方法是用康复训练的机器人帮助活动腿脚，但这样做的效果很差，因为明明是脑子里面坏了，所以动胳膊动腿的效果不会太好。现在基于脑机接口开发另外一种主动的训练方式，就是让中风的病人想像瘫痪肢体的运动，想像的时候脑电是有反应的，通过脑电系统测量脑电反应，一旦发现真想动的时候再去启动训练的机器人，这样主动的训练方式被证明是非常有效的。”
    除了康复领域，对于健康人群BCI同样非常重要。比如，一个射击新手要成为优秀选手需要不断反复学习和训练，如果盲目训练效果就会很差。现在通过了解优秀选手执行射击任务时的脑状态，发现优秀选手射击时脑活动的水平比较低。因此可以把脑活动及时在线反馈给射击新手，让他了解自己距离优秀射手还有多大差距，从而不断调整自己的脑状态，尽快达到优秀射手的水平。
    高上凯表示，尽管脑机接口取得了很大成绩，但到目前为止基本还是处在实验室展示的水平，距离真正的商业化应用还有很长的路要走。“如果颅内真得放了传感器，采集信号怎么往外传？最早的时候传感器很少，拿几根线就可以，如果有千千万万的传感器，用线传是不可能的，因此需要开发高通量的数据传输系统，最后要是真得获得了海量数据，怎么处理这些数据？现在一般的计算机可能应付不了。”在他看来，或许，另外一层意义的BCI会成为研究的方向，即通过Brain Cloud Interface，采集信息以后再通过纳米机器人传出来。由于采集的数据量非常大，所以要放在云端处理，即实现大脑和云端的完全对接。