如何解读“脑电波操控小白鼠入迷宮”？

都世民

2017-3-16日，央视重播《挑战不可能》节目，挑战者是浙江大学2015级计算机学院计算机科学与技术专业硕士研究生黄丽鹏同学，黄丽鹏同学成功实现用脑电波操控小白鼠走迷宫。这一娱乐节目来自浙江大学求是高等研究院和计算机学院的师生共同完成了用脑电波操控小白鼠走迷宫。导师研究的项目名称是：“脑机融合感知和认知”。

什么是“脑机融合感知和认知”？

生物智能（脑）与机器智能（机）的融合乃至一体化，将脑的感认知能力与机器的计算能力完美结合，有望产生令现有生物智能系统和机器智能系统均望尘莫及的更强智能形态——混合智能。以信息科学技术为手段，多层面多视角研究脑机融合的基础理论与计算模型，阐明感知及认知融合机制，是实现脑机融合一体化混合智能的关键突破口，将是智能科学的重要里程碑，也是当前国家战略必争亟待解决的科学问题。

什么是混合智能？就是机器智能与生物自身智能融合。”课题组负责人吴朝晖教授的介绍。

你听说过“脑电波控制”概念吗？

在电影《阿凡达》里，科学家用人类DNA和Navi人的DNA融合在一起创造了克隆Navi人，人类的意识进入到克隆人的身体，人类就可以不受距离的限制，操控克隆人的一举一动。

央视重播《挑战不可能》节目中，撒贝宁用“意念”控制，让王力宏手指动。其实王力宏和撒贝宁玩的是肌电采集控制设备。他们两人通过电极贴片与设备相连。撒贝宁手上贴着电极可以采集到他手臂肌肉收缩的肌电信号，采集到的信号将通过放大，转发到王力宏的肌肉上，使其肌肉收缩，实现控制手臂运动的效果。

“从原理上来说，这次是用脑电波操控小白鼠走迷宫。”作为这次项目的负责老师，脑机接口研究团队许科帝副教授说，都是从脑内取出神经信号后，发布指令。脑电波是通过商业化头盔接触头皮，采用的是头皮电脑波。不是通过植入式电极和芯片，是从大脑皮层读出的。

受脑电波控制的对象是小血鼠，受控小白鼠是生命体，受到的主观行为影响就会比较大，生命体本身是有个性的，有可能“耍脾气”，有时相当不听话。

什么是脑电波（EEG）？

脑电波（Electroencephalogram,EEG）是大脑活动时，大量神经元同步发生的，经总和后形成的突触后电位。脑电波记录大脑活动时的电波变化，是脑神经细胞的电生理活动，在大脑皮层或头皮表面的总体反映。
十九世纪末，德国的生理学家汉斯·柏格看到电鳗发出电信号，认为人类身上必然有相同的现象，而发现了人脑中电信号的波动。后来，用图表来捕捉脑电波，才得知电信号有周期性波动存在。由于这和人类的意识活动有某种程度的关联，因而引起许多研究者的一关注。脑波的频率可以用仪器测定。国际脑波学会就针对不同波形，以α、β、δ、θ命名。

人脑是凭借不同频率的脑波来传递信息的，就像广播、电视台的指挥中心利用电波发送信息类似。对于人脑而言，它会发出微弱的电波。人脑的四种脑波—— α、β、θ、δ，可以通过脑波检测器来测量。将电极黏附在头皮上，在人的清醒和熟睡状态下，检测到的脑波模式是截然不同的。脑电波来源于锥体细胞顶端树突的突触后电位。脑电波同步节律的形成还与皮层丘脑非特异性投射系统的活动有关。见百度相关词条。脑电波是脑科学的基础理论研究，脑电波监测广泛运用于其临床实践中。

人人都能用脑电波操控小白鼠吗？

从头皮获取脑电波有一定的个体差异。通常思想比较集中的人，头皮脑电波比较好获取。“主要是受到计算机程序设置，看谁更匹配一些。也就是说，要想人人能通过意念控制，相应的计算机程序就必须个性化设置。”能让现有的计算机程序读懂意念的学生通常具备以下几个条件：

　　有较好的心态，受外界影响较小；

　　能够适应外戴的头皮脑电波传感器；

　　头发较短的男生，减少头发对传感器的干扰；

想象力丰富且能快速准确传达想法。

有两名学生都能上场，计算机读懂他们“意念”的准确率达到90%以上，但从准确度来说，黄丽鹏更适合一些。不适合并不代表不行，而是需要进行特殊的训练。黄丽鹏在介绍时就提到，他用意念控制小白鼠，只能控制三个动作，即小白鼠的前进、左转、右转。

美国一项新研究成果显示，即使是阅读同样的内容，每个人的脑电波特征都不一样。研究人员认为，“刷脑电波”作为一种新的生物识别技术，未来有望代替密码。试验显示，其准确率已可达94%，说明有实用潜力。

脑电波操控小白鼠的基本装置

1.操控者

操控者是浙江大学2015级计算机学院计算机科学与技术专业硕士研究生黄丽鹏同学。他头上戴有一个商业化头盔装置，通过它从脑内取出神经信号，再发布指令。头盔装置与头皮接触。取出的是头皮电脑波。不是通过植入式电极和芯片，从大脑皮层读出的。

2.受控对象是小白鼠

小白鼠脑袋中植入两个电极（电刺激）或者两根LED光纤（光遗传刺激），刺激两个不同的区域。另外，小白鼠身上背有：脑电接收装置 、足底电击或者噪音装置、训练大鼠的系统、摄像装置。

央视“挑战不可能”节目  在挑战什么？

1.小白鼠看懂图像和读懂人声的奥秘，全在它头顶的粉色盖头里和身上的背包中。

2小白鼠.粉色的圆形盖头上，插着不少电极。电极与小白鼠脑中植入的芯片相连。从而实现用意念支配行为。芯片将小白鼠的脑信号反馈给电极，实时转换成计算机语言。同时，计算机可发出指令，芯片又自动将其转换成小白鼠的语言，刺激相关大脑神经区域。

3.小白鼠背包中，装了摄像头，相当于小白鼠的“眼睛”。当摄像头扫到箭头时，会自动将情况反馈给计算机，计算机随即发出指令，此外，还有无线接收器，与电脑进行实时的信息传输。视觉超弱的小白鼠，竟然“读”懂了左行的箭头，还“听”懂了“向前”的人声。而.小白鼠脑中的智能芯片又将其解读成脑语言，刺激小白鼠相应的大脑皮层。于是小鼠就乖乖地左转。

4.由于“生物智能与机器智能融合的混合智能”的机理的设定，以上表演意味着首次实现了全球“脑机融合”。这是挑战不可能的核心问题。

5.节目表明：理论和实践都表明“挑战不可能”是成功的。.

应当指出：上述解读是根据媒体和研制单位发表的相关文章作为基础，编写而成。以便作进一步讨论。将另文讨论。

参考资料

[1]撒贝宁节目中用"意念"控制王力宏:未来或能用脑电波交流，来源：扬子晚报 微博，2016-12-23。http://tv.cntv.cn/video/VSET100305572448/5fb03bcf46844e8ea0cfec021196f28c

[2]美国哈佛大学科学家实现脑电波控制老鼠运动，来源：搜狐科学 作者：搜狐科学，2013年04月10日。http://it.sohu.com/20130410/n372201192.shtml.

[3]不可思议！人类脑电波可控制老鼠基因，来源: 环球科学-科学美国人中文版(北京)，

2014-12-05 。　http://news.163.com/14/1205/16/ACNDPHUP00014Q2A.html。

[4]《挑战不可能》小撒操控王力宏！“脑电波操控”成真，来源：凤凰网娱乐，2016年12月16日。htmhttp://ent.ifeng.com/a/20161216/42785220_0.shtml

[5]张晶，浙大学霸上央视《挑战不可能》，用脑电波控制小白鼠走迷宫！，来源：青年时报，2016-12-20 。编辑：杨小波。

http://www.qnsb.com/news/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=113&id=85392

[6]如何看待浙江大学学生在《挑战不可能》中控制小白鼠走迷宫的挑战？吴朝晖，潘纲，王跃明，混合智能概念与新进展，来自: 中国人工智能学会，2017-2-27 。

[7]浙大研究出全球首个实现“脑机融合”成果,来源：求是新闻网；编辑：王颖 ,2013-05-24 .