意念控制即將成為現實？

神舟十一號載人航天飛船已於10月19日凌晨與天宮二號成功對接，航天員33天的太空之旅持續受到關注。除了為天宮二號空間實驗室在軌運營提供物資服務外，航天員還會開展並參與航天醫學實驗，空間科學實驗，在軌維修等技術試驗以及科普活動，其中備受關注的是一項科幻色彩濃烈的前瞻性研究：由意念控制的腦機交互實驗。

說到意念控制者，大家都不會陌生，比如著名的都敏俊教授，不用人為操作就可直接用意念控制燈泡明滅、用意念隔空取物等等，還有《X戰警》的X教授，擁有強大的心靈感應和精神控制的能力。然而這樣的「意念控制術」是否只存在於影視小說中呢，隨著腦科學和計算機技術的發展，我們和都教授之間到底還差多少個阿爾法狗。

從科學體系的角度講：意念控制技術包括了神經科學、認知科學、計算科學、物理學、數學等多領域學科，這種技術的初級階段，主要是腦機交互（BCI，Brain-Computer Interface）。「腦」即是人腦，說準確一些，是人腦的神經系統，「機」就是任何用於計算和處理的設備，從晶元、電路到計算機都算。腦機交互就是利用大腦在做神經活動時產生的腦電信號（EEG），實現人腦與計算機或其他電子設備的直接通信和控制，實質為計算機通過腦信號推斷人的想法或目的。

要理解腦機交互，首先得知道什麼是「腦電」和它如何被提取。生物電現象是生命活動的基本特徵之一，各種生物均有電活動的表現，大到鯨魚，小到細菌，都有或強或弱的生物電。英文細胞（cell）一詞也有電池的含義，無數的細胞就相當於一節節微型的小電池，是生物電的源泉。人腦中有許多的神經細胞在活動著，並成電器性的變動。腦中的電器性震動我們稱之為腦波。通俗來說，腦波是由腦細胞所產生的生物能源，或者是腦細胞活動的節奏。現代腦電圖學中，根據腦電頻率與幅度的不同, 將腦電波劃分為四種波段：α波、β 波、θ波和δ波。

由於腦波活動具有一定的規律性特徵，且和大腦的意識存在某種程度的對應關係，在興奮、緊張、昏迷等不同狀態之下，腦電波的頻率會有明顯的不同，腦波這種隨情緒波動而變化的特性，使得人類對於腦波的開發利用成為了可能。但由於人的大腦被頭蓋骨緊緊包裹，屏蔽了大量的腦波，腦電波的提取必須依靠電極等精密的電子儀器，從頭皮上將腦部的自發性生物電位加以收集、放大並記錄。

腦機交互的實現依賴於腦機雙向適應性。一方面是要求使用者採用合適的方式和手段不斷調整自身大腦狀態，產生最佳信號，以適應計算機解析演算法。另一方面計算機執行合適的解析演算法對腦電信號進行分析，分析結果控制計算機或者電子設備。反饋是實現BCI系統中「腦對機的適應性」主要交互手段。

BCI系統主要的反饋手段是生物反饋，它不同於傳統控制系統中的反饋。該反饋是系統將輸出結果反饋給使用者，使用者將結果與期望進行對比，然後對自身思維意識進行合理調節，使得系統的輸出結果更接近於期望值。當大腦通過不斷地反饋，修正，產生最佳腦電信號後，計算機可利用機器學習獲得解析演算法，產生控制命令。

當然，意念控制腦機交互作為一項前瞻性實驗，目前還在起步階段，困難重重，包括ＢCI信號處理速度慢，信號提取精度低，信號採集和處理方法需改進，腦電信號抗干擾性弱，自適應差，機器學習技術不成熟等。但是一旦這項黑科技得以實現，它給我們帶來的將是無法想像的顛覆。如果說VR改變我們看世界的方式，語音技術改變我們聽說世界的方式，那麼意念控制技術將會徹底改變我們與世界交互的方式。它可以幫助殘障人士更好地與世界相處；控制機器人替身去完成高風險的任務作業；探知大腦工作原理，治療精神疾病患者；改變人類的社交方式以及成為人與機器和諧相處的終極答案。

「科普中國」是中國科協攜同社會各方利用信息化手段開展科學傳播的科學權威品牌。本文由科普中國融合創作出品。

出品：科普中國

製作：未來人團隊

監製：中國科學院計算機網路信息中心

[責任編輯:肖春芳]

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