用意念開飛機這事兒究竟是怎麼實現的？

在美國西雅圖一個晴朗的下午，天空中只漂浮著幾塊散雲，微風習習，霍尼韋爾航空研究所的一名試飛員戴上一頂像是藍色泳帽的帽子，上面有很多孔洞，隨後霍尼韋爾的科學家將32個電極插入這頂帽子，並接觸到頭皮，試飛員開始通過大腦意識操作飛機，做出爬升、下降以及轉彎等基本動作…這是霍尼韋爾航空研究所發明了一種系統，讓人們可以用大腦和意念開飛機，任何人坐在副駕駛上，帶上頭套系統，不需要任何飛行經驗，幾分鐘就可以學會怎麼操作飛機。

（美國研究員首次利用意念駕駛飛機試飛成功，後排為霍尼韋爾航空研究所科學家）

自從神經學家和工程師們開始研究連接大腦與機器的意念控制技術以來，人們就開始想出千奇百怪的方式來利用它。人們希望通過最直接的方法去操控機器，比如我們只需要動動意念就能改變電視頻道，以觀看我們最喜歡的節目。只用思維的力量就能駕駛汽車或無人機，而將手腳解放出來。此外，我們還可以用意念玩遊戲、控制假肢以及家用電器等。

人類擁有強大的腦波信號 只是被頭蓋骨屏蔽了

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（英文稱作BCI，Brain-Computer Interface）。「腦」指的是人腦，更準確地說，應是人腦的神經系統。「機」就是用於計算和處理的設備，包括晶元、電路、計算機等。腦機交互就是利用大腦神經活動產生的腦電信號，實現人腦與計算機或其他電子設備的直接通信和控制。反過來，也可稱計算機通過腦信號推斷人的想法或目的。

由於腦波活動具有特定的規律，且與大腦的意識存在某種程度的對應關係。比如在興奮、緊張、昏迷等不同狀態時，腦電波會有明顯不同。但由於人的大腦被頭蓋骨緊緊包裹，屏蔽了大量的腦波信號，為此提取腦電波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，意念控制設備由此誕生。

一隻猴子帶來的巨大科學啟發

現代意念控制技術的研究興起於20世紀20年代，當時研究人員剛剛發現人類腦電活動，並開發出單電極腦電描記技術，用以貼在頭皮上記錄腦電活動。研究人員還發現，神經元通過電子「尖峰」傳遞信息，這可被極細的金屬絲（電極）記錄下來。1969年，美國科學家發現猴子可以通過大腦運動皮質中神經元的活動來使生物反饋儀的指針發生偏斜。運動皮質是大腦中計劃和支配軀體運動的區域，這是科學家首次證實腦電波可以控制外部設備。但菲茲沒有意識到，他創造了世界上首個腦機介面。

30年前，生理學家們開始記錄許多動物的神經元發現，當動物運動時，它們的整個運動皮層的腦電信號都會增強，連接特定運動的單個神經元速度也會加快。如果你記錄下足夠多的神經元的信號，就可以得出某個人正在做什麼或想要做什麼的大致猜測。研究人員開發出演算法，重建運動皮層神經元的活動，並在1980年發現神經元與手臂移動方向之間的關係。自從20世紀90年代中期以來，研究人員已經可以捕捉複雜的運動皮層信號，並記錄多個神經元的運動，利用它們控制電子設備，建立我們稱之為意念控制技術的腦機介面。

腦機交互的出現，為癱瘓病人控制電腦或輪椅等設備提供了希望，通過戴上帽子和接受學習控制設備的訓練，比如將輪椅想像成身體的一部分，或利觸發特定的心理任務指令來控制輪椅等。但是EEG的精確度有限，且只能發現有限的指令。而在複雜環境中控制輪椅活動通常令人心力交瘁，創造計算機能夠解釋的更清晰的信號也非常困難。為此，科學家們開始嘗試分享控制，即將大腦控制與人工智慧相結合，後者是能夠幫助將粗略鬧心好變成更複雜指令的技術。有了分享控制技術，病人無需不斷下令輪椅前進，而只需要下達指令1次，其餘可交給軟體接管。利用這種技術，許多癱瘓病人已可利用意念控制機器臂。

在實現駕駛飛機之前 意念控制技術已經造福了大量殘疾人

如果說VR改變了我們觀看世界的方式，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互動；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人與機器和諧相處。

（意念控制直接造福殘疾患者）

現在，許多意念控制設備已經出現，比如有線頭骨帽（可玩視頻遊戲）、風扇（可通過腦電波吹風）等。佩戴BBC iPlayer新耳機的用戶只需集中注意力就可以實現換台，約翰-霍普金斯大學應用物理實驗室的工程師們可通過意念控制機械手臂。美國也開發了擁有「近自然觸覺」的智能假肢，人們不僅可利用意念操作假肢，還能感受到假肢正在接觸物品的感受。

又如文章開頭我們介紹的霍尼韋爾航空研究所開發的意念駕駛飛機技術，只需要經過短暫訓練，飛行員就可利用思維的力量控制飛機；葡萄牙公司則開發出類似意念控制的無人機。

醫學界正為身體癱瘓或失去肢體的人創造更先進的選擇。去年，一名癱瘓女子的左腦被植入小型感測器，幫助她控制藍牙滑鼠，以操控平板電腦的觸摸屏。約翰-霍普金斯大學醫學院的醫生們在1名年輕人的運動皮層上安裝了128個電極感測器，幫助控制其仿生手臂運動。

在改變世界創意峰會上，還有人提及為盲人創造「仿生眼」。這個創意原理是，眼鏡會直接將信號傳輸給大腦視覺皮層中的植入物，這可以幫助盲人提高85%的視覺。由於信息直接反射給大腦，這種技術承諾將可幫助那些視網膜植入無效的人。預計，此類技術的人體實驗最早將從2017年開始。

不損傷顱骨接收清晰腦電波信號的方式嗎？

從理論上講，人類沒有理由不能穿上用意念控制的仿生服，就像科幻電影《鋼鐵俠》中的小羅伯特·唐尼（Robert Downey Jnr）身穿的戰甲。此外，我們的大腦也應該能變成萬能遙控器，可以控制房間里的所有設備。但是即使有了最好的技術，將大腦與機器相連也存在極大風險。

當前的意念控制設備還無法為你提供控制「鋼鐵俠」戰甲那樣的敏捷和力量。此外，它們還存在重大缺陷，需要通過頭上的信號器讀取你的腦電活動信號。為了清晰解讀大腦電子信號，醫生們必須打開或刺穿顱骨，在大腦表面上直接植入電極。這種手術顯然非常危險，術後在電極周圍也會留下傷疤。

此外，隨著時間推移，植入物將逐漸停止記錄，控制手臂將變得更加困難。而對於電子部件來說，電腦是個充滿敵意的環境。隨著時間推移，電子元件將被疤痕組織掩蓋，進而發現的神經元會越來越少。科學家們正建造越來越的解碼器（解讀神經元信號的軟體），並嘗試更具雄心的項目。

當然，也有不太引人注意的方式，儘管其目前僅在綿羊身上進行過測試。澳大利亞多個機構的研究人員正研發一種設備，它的體積很小，可棲身在人類血管中。醫生們會將細長的彈性支架插入腹股溝的血管中，然後引導設備進入人體，最終達到運動皮層，也就是大腦的運動指令中心。這種微型設備會停留在血管中，時刻收集腦電信號。最終，如果能實現這種設備與外骨骼「對話」，將幫助失去肢體的人恢復行動能力。截肢癱瘓或四肢癱瘓的病人，包括那些最近受傷的年輕人，最早將於2017年年末就可以申請接受測試。如果人體上的試驗取得成功，最早可能在6年內投入商用。

練瑜伽和冥想的人和意念控制技術是天生一對

雖然插入支架比顱骨手術的創傷小，但目前的研發技術依然需要向人類大腦中植入外來物體。對於那些想要重新恢復移動能力的人來說，需要權衡安全性。

將外物植入體內是非常危險的過程，依然屬於對身體的入侵，你必須確保利大於弊。毫無疑問，尋找更精確、更少入侵性的替代方案將會繼續。但在我們能夠獲得意念控制的外骨骼前，我們可能還需要繼續冒險。

（習慣和練習冥想的人意念控制能力更突出）

將來，腦機介面技術不僅包括技術方面的進步，還包括使用它的人的大腦的進步。有研究顯示，長期練習瑜伽和冥想的人學習利用意念控制電腦時進展更快，效率也更高。當然，並非所有人能夠輕鬆學會利用大腦控制計算機，許多人哪怕嘗試多次也無法成功。

出品：科普中國

製作：零號工程

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