意念打字：讓想像成文

通過大腦意念直接將想法列印成文字，這樣的橋段在不少科幻電影中都有體現。近日，美國斯坦福大學研究人員的研究成果預示了這一「幻想」成為現實的可能。

在這項實驗中，研究人員先將一個多電極陣列感測器植入猴子大腦，讓它可以在大腦相關區域直接讀取手臂控制滑鼠的腦電位信號，並訓練猴子通過鍵盤輸入屏幕上看到的字元。研究人員通過設計的識別演算法來識別猴子打字的腦電位信號，並實現在虛擬鍵盤上移動游標、選擇字母鍵。最終，經過訓練的猴子可以將所看到的文字通過意念「隔空」複寫出來，而且最快可以每分鐘12個單詞的速度輸入《紐約時報》的文章或莎士比亞名著《哈姆雷特》的段落。

神奇的意念打字

早在1988年，美國伊利諾伊大學的研究人員Farwell和Donchin首先研發出基於P300的拼寫系統，並利用6×6矩陣的行列遍歷閃爍來誘發P300電位並形成編碼，通過識別不同時間點誘發的P300電位和解析閃爍編碼來實現對於矩陣中36個點位的定位。在36個點位放置對應的字元，以此來實現單詞的拼寫。「拼寫器的界面一般為黑色背景，灰色字元，閃爍時為白色。每行每列都會在每輪隨機遍歷閃爍，所以每輪一共12次。每次計算機都會對順序做記錄，計算機知道行和列閃爍的順序。所以我們通過識別哪行哪列誘發的P300來定位使用者在看的那個字元。比如當人看目標A的時候，只有在第一行和第一列閃的時候，使用者才會被刺激到，從而誘發P300。」華東理工大學信息科學與工程學院教授金晶在接受《中國科學報》記者採訪時介紹道。

這種技術讓人或動物大腦與外部設備間建立直接連接通路。不過，這種通路是單向的，計算機只接受大腦傳來的命令，並進行相應的顯示或命令輸出。而且，這項技術也沒有想像中的強大，它還需要一點「翻譯技巧」。

「若想將大腦中的文章變為文字，一般需要基於特定編碼誘發P300電位來實現。」金晶解釋說，「在試驗時，在受試者眼前擺放一個顯示屏幕，屏幕中是一個閃爍字元矩陣，我們只可以在行列交叉點放置需要的字元，根據需要的字元數量設計相應大小的矩陣，可以是6×6的，可以是7×8的。現在有報道的最大矩陣是12×7的誘發矩陣，是由華東理工大學腦機介麵糰隊和格拉茨技術大學腦機介麵糰隊聯合開發的。」而且，現在的閃爍模式不同以往，以前定位6×6矩陣的36個點需要閃爍12下才能實現，現在只需9閃甚至更少的閃爍次數就能實現，這樣大大節省閃爍時間，提高拼寫的速率。

「實際上，每分鐘12個單詞的速度並不算快，有更快的讀取速度，清華大學開發的基於穩態視覺誘發電位的拼寫系統大概可以達到一秒一次。」金晶表示，「我們可以根據實際使用者的身體狀況和需求來選擇不同的拼寫系統。」

發展中的腦機介面技術

腦機介面的方式有植入式和非植入式兩大類。植入式腦機介面包括針式與貼片式兩種。兩者都需要進行開顱手術，將電極埋藏在大腦皮層中，繞過頭皮與頭骨的阻礙，直接監測神經元的活動狀況。這樣讀取信號的方式雖然直接，但由於需要用開放性的外科手術將電極植入到腦內神經組織，這不僅會對用戶造成損傷，還要確保傷口長期不被感染，存在一定的技術難度，因此健康人選擇這種方式的並不多見。

2012年5月18日，《自然》雜誌刊登了一篇論文，這篇來自美國布朗大學、退伍軍人事務所等單位的文章，講述了研究人員幫助癱瘓患者利用大腦思維控制機械臂完成抓握動作，將一瓶咖啡成功從桌上遞到該患者嘴邊。

現在對於健康人來說最便利的還是非植入式，它可以通過戴在頭上的「頭盔」讀取神經信號。「這樣的方式相較於植入式來說不夠直接，需要濾除很多雜訊信號。」金晶說道。因為神經細胞的放電信號從皮層經由顱骨傳到頭皮，相關電位會被大大削弱並帶來很大的雜訊干擾，因而無創傷式採集到的信號解析度較低。

更好的未來

金晶帶領的研究團隊也一直從事著腦機介面的研究，他們的研究重點主要集中於康復領域，為腦卒中和運動語言障礙等病人提供新的康復和生活輔助技術。他們做的第一例病人研究便是幫助一位「漸凍人」（肌萎縮側索硬化症病人，ALS）和家人交流。「通過腦機介面的應用，他可以通過打字告訴醫生治療的反應，並且和家人進行簡單的交流。現在，使用過此系統的『漸凍人』已經超過18例。」金晶介紹說。

在進行實驗的10位腦卒中病人中，金晶等研發人員通過外部設備幫助他們麻木的肢體進行運動，通過大腦的主動控制命令直接實現肢體的運動控制，從而建構一個運動閉環，以此來加速大腦損傷區域的康復或功能區域的替代。

「目前，市場上更多的腦機介面產品集中在腦信號信息需求較少的娛樂項目，針對康復的相關腦機介面產品相對較少。我想如果未來能夠進一步提高非植入式腦機介面信號採集的便利性和穩定性，腦機介面技術就能幫助更多有需要的人。」金晶總結道。

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