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“脑机”很安全,但它能做什么?

专家表示:脑电波仪是纯信号接收设备,没有任何辐射,但应用场景落地还需业界努力

  

IT时报记者李蕴坤
  “Only you,能伴我取西经。Only you,能杀妖和除魔。Only you,能保护我,教螃蟹和蚌精无法吃我。你本领最大,就是Only You。”周星驰电影中的这首《Only You》堪称20世纪末最脍炙人口的“紧箍咒”,每当孙悟空意志动摇时唐僧就会开始魔音灌耳。
  最近,浙江金华金东区孝顺镇中心小学里一幕现实版的“紧箍咒”,让脑机接口(BCI)硬件这个新兴事物走进了人们的视野。当小学生戴上可以采集脑电波的头环后,系统就能监测到他们在听课时是否集中了注意力,老师也能借此观察出学生在哪个阶段开始走神。
  消息一出,立刻引发了大众的热议:这种做法人道吗?对孩子的心理有没有负面影响?对人体有没有副作用?
  其实自2017年以来,涌入脑机行业的创业者不胜枚举,业内人士更是预言这门惊艳的技术将催生出千亿级的脑机市场。那么,脑机接口头环对于课堂来说,到底是“多此一举”,还是“锦上添花”?跳出教室这方天地,采集到的脑电波还能应用在哪些领域?
从业者反对BCI进课堂
  脑电波,也称脑电信号(EEG),是一种使用电生理指标记录大脑活动的方法,反映在大脑皮层和头皮表面上。
  大脑皮层约由1011个神经元组成,每个神经元通过突触连接与1000个左右其他神经元相连。当神经元发出神经脉冲,即动作电位(AP)时,其突触后电位在其产生的部位附近按空间总和规律叠加起来,形成一种由大量神经元共同产生的可探测的脑电活动。将这种脑电活动以时间为横轴,电位为纵轴记录下来,就形成了脑电图。
  当浙江金华金东区孝顺镇中心小学使用脑机接口头环来监测学生时,大众敏感的神经立刻被刺激起来。
  学生在早晨上课前便戴上头环,仿佛进入冥想状态,通过头环采集到的脑电数据将被上传到老师的电脑、手机,由老师对学生的注意力进行打分并发给家长。在网友的疑虑中,有一条就是担心设备本身会给孩子的身体带来副作用。据了解,这款名为赋思头环的智能硬件来自创业公司BrainCo,创始人韩璧丞曾对外表示,头环作为一个脑电信号的采集器,不会对人有任何主动的刺激,“跟佩戴发卡、手环是一样的。”“采集脑电波是不会对人体造成辐射伤害的,有辐射的是电磁波,也就是物理学上讲的无线电波。反观生物界,人体产生的生物电流要弱得多,大概只有10^(-6)伏,很容易被外界吸收和干扰,而且采集脑电波需要接触前额,通过介质向外传导出来,是一种发射源,并不是接收源。”专注于多导通脑电研究与应用的智能硬件公司EEGSmart创始人贺超告诉《IT时报》记者。
  贺超表示,脑电接口技术在教育培训市场其实早有涉猎,至少10年前,特教儿童市场就开始通过脑电波进行专注力训练课程、脑力开发、改善ADHD(注意缺陷多动障碍)和自闭症,精神卫生中心和特教儿童中心等机构也会使用神经反馈仪来进行一些训练。“我认为校内市场这个场景并不是非常合适,家长的抵触程度是可想而知的,因为教育中更多的应该是享受自然科学、人文科学的乐趣,专注力训练应该被放在校外市场。”贺超认为,脑机交互这门技术更适合走寓教于乐的路线,譬如通过智能玩具这样的娱乐市场来发挥个人脑力训练的作用。
  从事脑机接力控制与应用的布润科技CEO陈晓苏认为,将脑机接口技术应用于校内的注意力监测是一种教学上的倒退,“儿童教育是个很复杂的过程,不仅仅监测走神这么简单。课堂为了照顾大部分学生,有可能进度很慢,学得快的小孩就不愿意听这部分课程了。现在讲究的是因材施教,给学生戴头环就相当于把他们‘管死了’,不是一种启发式、鼓励式的教育思想。”
采集脑电信号有多难
  目前的脑机接口技术可以分为两类,一类是侵入式,比如在大脑中植入芯片,2017年马斯克创办的Neuralink就属于这一领域;还有一类为非侵入式,比如戴上可以采集脑电波的头盔或帽子,这也是大多数创业公司瞄准的方向。
  业内人士指出,脑电波的强度只有微伏级别,大致比心电弱1000倍,那么想要采集精确的脑电信号到底有多难?据了解,脑电信号的采集设备主要是脑电图仪,其工作原理是由放置在头皮的电极检测出微弱的脑电信号,再进行放大处理和数字化,最后通过配套的记录系统记录下来。除脑电图仪外,脑电采集还需要选用合适的电极和脑电帽。脑电帽佩戴在受试者的头皮表面,电极固定在脑电帽上的橡胶孔内。使用时需要在电极内注入导电膏或使用高浓度盐水浸泡,以保证电极与头皮接触电阻小于5000欧。
  因为脑电信号强度极弱,所以很容易受到其他电生理信号的干扰,眨眼、肢体动作乃至出汗等生理性伪迹都有可能混入脑电图记录。“我们这种非侵入式的体外电极所采集到的信号本身损失就很大,因此传感器和电极都需要在前期做很多的适配,比如电极的稳定性、精准程度、放大器的灵敏度、信噪比、共模抑制比等参数,同时和信号处理、算法分析软件也要有很好的匹配。”贺超表示,电极材料、信号处理和算法分析三者紧密结合,才能保证更准确的脑电信号质量。
  陈晓苏告诉《IT时报》记者,人体不同部分的电阻存在很大差异,颅骨的电阻是上兆欧,皮肤的电阻则在几十欧到几百欧。由于颅骨的电阻太大,导致大脑活动产生的神经电流在穿过颅骨时会发生偏转,从一些血管的缝隙、边缘流出来,这时探测到的脑电信号其实已经不是原始数据了。而且每个人的颅骨结构都不一样,所以这个数据是没有办法重建的。
  值得一提的是,在Neuralink那种侵入式的脑机接口技术中就不会发生类似定位不准的问题,因为是直接从大脑内获取信号。“可Neuralink这种终极的交互方案并不适合民用,瘫痪患者等特定人群或许会尝试,普通的老百姓愿意在自己的脑袋里植入一块芯片吗?”贺超如是说。
应用场景还需“接地气”
  “因为脑电信号受到的干扰很大,所以更需要关注它的应用场景,要想清楚产品形态是什么样子。”2018年,贺超团队曾研发了一款名为EEGSmart Touch的智能脑机,希望能够实现万物互联,但事实上,无论是对信号精准的提取分析,还是消费者的接受程度,在当时都遭遇了很大的挑战。在贺超看来,如果缺乏明确的应用场景,仅仅从技术人员的思维出发,那就很难打造一款好的智能硬件,通俗点说就是“不接地气”。
  陈晓苏认为,脑机接口产品在医疗诊断领域的应用就好比从中医的“望闻问切”向西医的精密仪器升级,“针对抑郁症、儿童多动症、癫痫病灶区的定位等,这一类神经疾病或精神疾病的精准诊断设备是我们的一个方向。另外针对抑郁症患者和失眠患者存在的用药成瘾现象,我们还在研发一款医疗监护设备,配合医生进行远程诊断来控制他们的用药量。”以前那些只能通过病人填表格、医生问诊的方式来确诊的成瘾问题,在脑电波仪器的辅助下,诊断的精度有望更加提高。
  在民用领域,布润科技展开了安全驾驶方面的探索,和ADAS(高级驾驶辅助系统)有几分相似。陈晓苏表示,对于长途汽车驾驶员来说,疲劳驾驶是“马路第一杀手”,虽然ADAS产品也会监测司机的疲劳状态,但毕竟是通过摄像头的手段,捕捉到司机出现打瞌睡之类的疲劳征兆再进行干预时已经很晚了。如果司机佩戴了脑机接口头环,就能与摄像监测互补,更早地探测到司机是否有反应速度下降之类的疲劳表现,并配合汽车喇叭来发出安全提醒。