全球看點(diǎn)：西工大教授解讀西安“八項(xiàng)重點(diǎn)工作”中的腦科學(xué)

近期，西安《2023年八個(gè)方面重點(diǎn)工作任務(wù)分工推進(jìn)方案》印發(fā)，其中說(shuō)到著力壯大支柱產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)，穩(wěn)步加快新興產(chǎn)業(yè)壯大成勢(shì)，制定新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)方案，其中提到腦科學(xué)等一批未來(lái)產(chǎn)業(yè)。

(資料圖)

西安腦科學(xué)技術(shù)發(fā)展到了什么階段?這一領(lǐng)域狀況如何?

2023年2月22日，華商報(bào)記者專訪了西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院謝松云教授(從事腦科學(xué)和人工智能交叉研究二十多年的學(xué)者)，了解了它的現(xiàn)狀和未來(lái)。

>>現(xiàn)場(chǎng)感受

無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行控制：

給個(gè)眼神，無(wú)人機(jī)隊(duì)伍就“翻個(gè)跟頭”

在2018年華商報(bào)記者曾探秘西北工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的腦控技術(shù)。謝松云教授所帶領(lǐng)的神經(jīng)信息團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域取得了重大突破。操作者盯著屏幕上的燈，機(jī)器人就會(huì)動(dòng);大腦進(jìn)行想象就能控制無(wú)人機(jī)左右運(yùn)動(dòng);原理為系統(tǒng)檢測(cè)到腦電波后轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)腦控。

2023年2月22日，華商報(bào)記者再訪謝松云教授，現(xiàn)場(chǎng)感受了腦科學(xué)研究中的新技術(shù)：無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行控制、虛擬駕駛中駕駛員注意力檢測(cè)。

現(xiàn)場(chǎng)，五架無(wú)人機(jī)并排排列等待“命令”，操作者頭戴“腦電帽”，對(duì)著視覺(jué)刺激裝置，裝置上有9個(gè)LED燈閃爍，操作者通過(guò)注視不同的閃爍燈、腦中的想象，無(wú)人機(jī)編隊(duì)即可完成不同的動(dòng)作。五架無(wú)人機(jī)飛起來(lái)后，隊(duì)形時(shí)而交錯(cuò)，時(shí)而翻跟頭，很有氣勢(shì)。

原理是什么?謝松云介紹：“人腦控制時(shí)，腦電波檢測(cè)易出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況，人腦也容易疲勞，所以采用人機(jī)協(xié)同控制，系統(tǒng)會(huì)更穩(wěn)定。視覺(jué)刺激裝置上，對(duì)應(yīng)不同的頻率提前設(shè)置了無(wú)人機(jī)不同的隊(duì)形變換，頻率閃爍刺激視覺(jué)后，大腦產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的腦電波特征，腦電波特征經(jīng)編碼轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)隊(duì)形變換的控制?！?/p>

通俗地講，可以把閃爍的LED燈視為按鈕，對(duì)按鈕不再需要用手控制，而是眼睛看著、大腦想象，選擇哪一個(gè)按鈕，就會(huì)實(shí)現(xiàn)按鈕所對(duì)應(yīng)的技術(shù)功能。其中的關(guān)系為頻率——人腦——解碼——編碼——控制。

“無(wú)人機(jī)編隊(duì)在不同的環(huán)境下，通過(guò)人腦控制，可以完成無(wú)法預(yù)先規(guī)劃的飛行任務(wù)，這項(xiàng)技術(shù)也可用于無(wú)人機(jī)避障和路徑規(guī)劃等?！敝x松云教授說(shuō)。

此外，還有腦機(jī)協(xié)同機(jī)械臂智能控制，就是通過(guò)上述原理，“指揮”機(jī)械臂對(duì)物品拿起、放下、交換、撤銷，可用于殘疾人輔助設(shè)施等。人腦意念支配的虛擬超市，人通過(guò)注目、大腦想象，就可選定物品。

虛擬駕駛中駕駛員注意力檢測(cè)：

開車有沒(méi)有分心?系統(tǒng)比你更先知道

操作者戴著“腦電帽”，手中拿著“方向操作器”，電腦屏幕上顯示車輛在道路上行駛的畫面，“腦電帽”將檢測(cè)到腦電波投射到另一個(gè)電腦屏幕，從而掌握操作者的注意力情況。這時(shí)，操作者的角色等同于一輛汽車上的駕駛員。

謝松云教授介紹：“這套系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)駕駛員在開車時(shí)是否注意力集中，通過(guò)檢測(cè)腦電波，系統(tǒng)可以比駕駛員本人更早‘意識(shí)’到他有沒(méi)有分心，幫助駕駛員安全行車。這項(xiàng)技術(shù)還可以用于睡眠監(jiān)測(cè)、情緒監(jiān)測(cè)、記憶力改善等?！?/p>

操作者卸下“腦電帽”時(shí)，華商報(bào)記者看到他頭發(fā)上粘著類似發(fā)膠的導(dǎo)電膏，“導(dǎo)電膏可以減少人體阻抗，幫助系統(tǒng)對(duì)腦電波進(jìn)行更精準(zhǔn)的檢測(cè)?！敝x松云教授說(shuō)。

>>對(duì)話腦科學(xué)專家

西工大學(xué)謝松云教授

華商報(bào)記者：近年來(lái)您帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在腦科學(xué)研究方面最大的進(jìn)展是什么?

謝松云教授：人機(jī)融合技術(shù)。因?yàn)榭咳四X主動(dòng)控制存在信號(hào)不穩(wěn)定、反應(yīng)慢等問(wèn)題，所以將人腦的快速認(rèn)知能力與人工智能能的快速計(jì)算能力相融合，建立人機(jī)統(tǒng)一的新的智能體，是目前腦科學(xué)和人工智能交叉研究的重點(diǎn)方向。

通過(guò)將腦電和眼動(dòng)等人體生物特征與人工智能技術(shù)相融合，我們建立了人機(jī)融合決策模型，提高了無(wú)人機(jī)、無(wú)人車的避障性能。通俗地講，比如，在無(wú)人機(jī)或無(wú)人車行駛時(shí)，單純使用人工智能，對(duì)于一些障礙物或路面危險(xiǎn)是無(wú)法檢測(cè)到從而進(jìn)行躲避的，但將人對(duì)突發(fā)狀況的下意識(shí)反應(yīng)通過(guò)腦電和眼動(dòng)等檢測(cè)提取出來(lái)，與人工智能的決策與控制系統(tǒng)相融合，無(wú)人機(jī)或無(wú)人車就會(huì)成功避開危險(xiǎn)，安全行駛。

華商報(bào)記者：國(guó)內(nèi)外腦科學(xué)研究成果產(chǎn)業(yè)化情況如何?

謝松云教授：發(fā)達(dá)國(guó)家在腦科學(xué)的研究起步比我國(guó)早，相關(guān)研究投入力度大。從全球看，部分腦科學(xué)的研究成果已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，比如腦機(jī)接口，也就是腦功能檢測(cè)設(shè)備，主要應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域，用于多種疾病的檢查治療。我國(guó)國(guó)內(nèi)有研究團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)的侵入式腦電圖儀已遠(yuǎn)銷歐洲。

大多數(shù)研究成果也仍在實(shí)驗(yàn)室階段，需要進(jìn)一步推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，因?yàn)樾枰浅４蟮耐度耄硗?，腦科學(xué)是一門交叉學(xué)科，涉及神經(jīng)生物學(xué)、心理學(xué)、電子、信息、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、倫理學(xué)、哲學(xué)等，非常復(fù)雜，大腦的不確定性較多，系統(tǒng)的穩(wěn)定性還需要時(shí)間去研究和完善。

醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用中，腦機(jī)接口使用的腦電信號(hào)采集方式有侵入式和非侵入式等，侵入式就是通過(guò)醫(yī)療手段，把儀器裝入患者顱內(nèi)，儀器可以精準(zhǔn)地感應(yīng)到神經(jīng)元活動(dòng)，從而精準(zhǔn)地獲取腦電波，最后用腦電圖顯示出來(lái)，這種方式需要專業(yè)醫(yī)生的開顱手術(shù)才能完成，對(duì)患者造成一定的損傷，目前多用于比如癲癇患者等臨床治療;非侵入式就是把儀器裝在患者顱外，對(duì)人體沒(méi)有傷害，但缺點(diǎn)是獲取的腦電信號(hào)微弱，精準(zhǔn)度相對(duì)低。

華商報(bào)記者：腦科學(xué)研究成果在現(xiàn)實(shí)中還有哪些應(yīng)用?

謝松云教授：腦科學(xué)涉及多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，又和多個(gè)學(xué)科交叉，相互作用、相互促進(jìn)，對(duì)于有的應(yīng)用是直接作用，有的是間接作用。上述我們講的“腦控”，通俗地講，可以理解為對(duì)一些按鍵，之前我們用手按，現(xiàn)在用腦意識(shí)按。

目前，已用于對(duì)多動(dòng)癥兒童的治療，舉例說(shuō)明：系統(tǒng)研發(fā)了一朵花，設(shè)定了開花等動(dòng)作，患者戴上相應(yīng)的設(shè)備，看著這朵花，假使想讓這朵花開花，當(dāng)設(shè)備收集到患者集中注意力產(chǎn)生的腦電波后，就會(huì)通過(guò)程序，產(chǎn)生類似給花澆水等作用，讓花慢慢成長(zhǎng)開放，而這一過(guò)程可以讓患者注意力集中，從而達(dá)到治療的目的。另外，在電子游戲中，體驗(yàn)者在額頭貼一個(gè)腦電級(jí)，用同樣的原理，體驗(yàn)者可以用腦意識(shí)“指揮”，控制比如賽車游戲中加速等某一個(gè)動(dòng)作，增強(qiáng)游戲體驗(yàn)感。

需要注意的是，“腦機(jī)交互”是一個(gè)雙向作用，上述我們講的是用“腦“控制“機(jī)”，即人腦輸出，同“機(jī)”也可以刺激“腦”。這樣的反向刺激目前在醫(yī)院臨床已用于癲癇病的治療，用研發(fā)出來(lái)的系統(tǒng)，刺激患者的大腦神經(jīng)元，比如殺死錯(cuò)誤的神經(jīng)元，激活有功能的神經(jīng)元，從而讓患者病情得到改善，這些均需要專業(yè)醫(yī)院專業(yè)醫(yī)療團(tuán)隊(duì)進(jìn)行操作。

同樣的原理，也可以用于對(duì)抑郁癥、失眠癥、老年癡呆癥的治療，這類疾病的產(chǎn)生均與腦神經(jīng)有關(guān)。研發(fā)出來(lái)的系統(tǒng)，通過(guò)反向刺激腦神經(jīng)元，可以讓神經(jīng)元變得積極起來(lái)，使人開心起來(lái)。改善睡眠、改善癡呆癥也是同樣的原理。暢想一下，也許將來(lái)，就會(huì)有讓人開心、催人睡眠、喚醒人記憶的智能產(chǎn)品。

助老設(shè)備、殘疾人輔助設(shè)備，采用了“腦”控制“機(jī)”的原理，可以成為老年人、殘疾人的生活好幫手。這類設(shè)備適用于大腦健康的人群，但設(shè)施成本大，腦電波采集方式需要更優(yōu)化，目前基本還處于試驗(yàn)階段。

華商報(bào)記者：西安腦科學(xué)發(fā)展如何?有什么優(yōu)勢(shì)?

謝松云教授：西安的腦科學(xué)發(fā)展是有優(yōu)勢(shì)的，高校、研究所、企業(yè)之間合作密切，在相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)學(xué)研方面都有優(yōu)勢(shì)，目前科研成果位于全國(guó)前列。陜西有腦科學(xué)聯(lián)盟，多家單位經(jīng)常在一起交流、討論、合作，促進(jìn)發(fā)展，互不沖突。不同研究背景的單位各有所長(zhǎng)，西北工業(yè)大學(xué)起步早，擅長(zhǎng)多模態(tài)腦電特征提取和人機(jī)融合無(wú)人機(jī)系統(tǒng)控制，有部分高校主攻殘疾人輔助設(shè)施控制，科研成果更多用于臨床醫(yī)學(xué)等。

西安在腦科學(xué)方面起步早，有多方面的研發(fā)和應(yīng)用，技術(shù)力量和積累雄厚，有政府的推動(dòng)，一定會(huì)大大加速腦科學(xué)的進(jìn)展。

華商報(bào)記者：腦科學(xué)研究成果可用于哪些領(lǐng)域?

謝松云教授：可用于非常廣泛的領(lǐng)域，我國(guó)老齡化已來(lái)臨，腦科學(xué)將會(huì)對(duì)助老設(shè)備起到很大作用，此外，還可以用于殘疾人輔助設(shè)備、醫(yī)療、無(wú)人駕駛、工業(yè)、救援救災(zāi)、教育、服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)、娛樂(lè)等領(lǐng)域，相信未來(lái)有廣闊的前景。人工智能已經(jīng)開始進(jìn)入現(xiàn)實(shí)，腦科學(xué)研究成果的轉(zhuǎn)化和落地，將實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同乃至人機(jī)融合，可以使技術(shù)更精準(zhǔn)更有效地為人類服務(wù)。目前，國(guó)家和陜西省對(duì)腦科學(xué)的發(fā)展非常重視，從資金、人才引進(jìn)、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、成果轉(zhuǎn)化等方面投入了相當(dāng)大的支持，建議西安在這方面的發(fā)展可以更大膽一些，步子邁得更大一些。

華商報(bào)記者 任婷/文 強(qiáng)軍/圖

關(guān)鍵詞： 人工智能 研究成果