确定触发不同的数字按键,借以实现拨打电话。另外,只要将某个频率的光线对应的执行器设为某种电器电源的开关,电器的控制就得以实现了。

脑机接口原理图
组成头皮脑电系统的主要功能模块为电极帽、放大器、运算器和输出设备。
其中想象型的接口能输出三个特征信号(前、左、右),输出信号速率达到
10-15bit/min,而视觉依赖型的输出信号速率更高,达到60bit/min, 高于世
界平均值25bit/min。目前只有视觉依赖型可以较实用地完成26个字母输入
等复杂应用。 课题组的研究生胥红来告诉记者,我国1999年就在国际上拥有视觉依赖型的脑机接口专利,当时正是因为清华的课题组发现对于节律在8-10hz的光信号,脑电反应信号会有明显的变化。也正是基于此种脑机接口技术去驱动鼠标,残疾人上网浏览才得已顺利实现。在电脑屏幕的边界放置发不同频率光线的方格式光源,其含义各代表控制鼠标平面运动的4个方向。在加上两个光源分别代表鼠标左右键,用视觉驱动的鼠标就能顺利的在屏幕上移动了。系统中光的频率是决定因素,而强度并不影响信号采集,所以通常设计会降低光的亮度,使人不容易视觉疲劳。“虽然目前对于正常人来说,这种浏览网页的方式显得速度稍慢,但对于肢残人来说,能自己享受上网的乐趣,这已经有很大的进步意义了。”胥红来补充说。
高上凯教授说:“视觉依赖型脑机接口的优点是不用主观意志的参与;多目标;反应速度更快;效率更高。缺点是必须要注视。我们也尝试过触觉、听觉依赖型脑机接口,但效果都不如视觉依赖型的明显。相比之下,想象运动的应用技术目前尚显粗糙。我们只采用了3个特征量的控制。”视觉依赖性脑机接口的操作者“只看就行”,无需动脑。而且由于人对不同频率的光线的反应不同,这给控制目标设计的多样化提供了广阔的空间。控制覆盖了拨打电话,电脑上网、各种家电开关控制甚至更多能想到的应用。这将极大的改善了本已丧失自理能力的残疾人生活的质量。
操作者张丹演示起来驾轻就熟,而其他人是否也能运用自如呢?对此问题,张丹解释说:“这些操作并不难,只要适应一下就可以了,所有人都可以。”而起初情况并非如此。有一些人很快就能实现,可另外一些却总也不行。有个博士,人很聪明,可每次他作实验都不成功。为此课题组还为其做了脑部核磁共振检查,结果也没显示出任何问题。后来大家发现人脑视觉反射信号的采集位置是因人而异的。多数人的视觉反射区都在脑后的中部,但也有人会有些偏差,而确定最合适的电极位置成为问题的关键。课题组后来设计了一套独特的方法,先做多个电极的测试,并由计算机程序来搜索最佳的电极位置。成功解决此问题后,所有参加实验的人就都能很快运用它完成电话拨号等控制,因此,此项技术也就有了产品化的基础。

视觉依赖型的脑机接口设备
未来,残疾人的终极依靠
目前,脑机接口分两大方向领域,一是脑控制机,即通过想象运动实现简单的控制行为;主要是为了残疾人克服运动障碍。如下肢瘫痪的中国著名的运动员桑兰,世界上宇宙学的泰斗,全身瘫痪的霍金先生都可以是此项技术的受益者。二是机控制脑,如人工耳蜗、人工视觉,将、声音信号、图像信号转成电信号直接刺激大脑,这对失聪、失明的残疾人都是很有帮助课题。另外,通过计算机控制的电信号控制生物大脑完成指定任务,这在美国军方的研究部门对此有专门的研究。“类比地讲,神经元上的电信号和计算机中电信号在物理层面上是一致的,因为在很长时间内,人脑的复杂性、先进性是机器无法比拟的,所以脑机接口技术作为一种挑战人工智能的技术、在未来很有可能给人类提供一个人机交互的平台,也许甚至是一个科幻电影中半人半机的平台。”高小榕教授对脑机接口的未来有自己的展望。
面对目前清华大学取得的研究成果,高上凯教授依旧显得很谦虚。她指出,虽然现在清华在脑机接口技术方面有些成绩,但还是有很多说不清的问题,比如实验中热爱运动的实验者操作时就显得更加轻松、容易,这是不是由于其运动皮层发达呢?另外,辅助康复训练的准确率,可靠性也还不够明朗。在实验中有个别残疾人的实验现象很好,但不是因为其对残肢的神经刺激更为有效,而是在其脑电信号采集中的噪声偏低,正常人无时无刻都在接受外界的各种信号,调整自己的姿态等,这会产生很大的背景噪声,而瘫痪的残疾人是否会因为部分功能神经断路而减弱了背景噪声的影响呢?这也尚无定论。还有,面对长期残疾造成相对神经反应退化,我们如何处理。这些问题都还有待解决。

脑中的运动神经分布
高小榕教授指出,脑电领域的研究的一项重要价值就在于揭示出了一个重要的事实:意识活动是有其物质基础的。脑机接口技术的研究现在刚刚起步,可以说我们是打开了这扇门,但人脑中还有太多的科学之谜尚未揭开,我们现在还远没