脑袋接上外部仪器，就可以通过脑电波来控制机器。这种只在科幻大片里出现的场景，如今在科学工作者的努力下正逐渐变成现实。不久前结束的世界机器人大会上，一场用脑电波打字的比赛就让观众感到神奇不已。比赛所采用的，是清华大学研发的“脑机接口”技术。作为中国脑科学计划的一部分，以脑机接口为基础的相关研究成果，未来也将有望运用在助老助残等多种场景之中。

现场体验

发微信不用手 用脑电波

清华大学医学科学楼二层，一个十几平方米的小房间里，洗发水、毛巾和吹风机一应俱全。隔三差五，还会有人进来洗个头。别误会，这里并不是学校的美发室，而是清华大学脑机接口实验室的测试间。洗头，是开始脑机接口实验的第一步。

脑机接口技术，指的是用脑电波向机器发送指令，再由机器完成特定任务。收集脑电波用的是一种头罩式的脑电帽，之所以要让测试者洗头，是为了清除头皮上的油脂，减少信号传输的阻碍。

世界机器人大会上展示的脑电波打字，就是脑机接口的一种实际应用。实验室的博士生杨晨介绍，现在打字系统还连上了微信，脑电波聊天也成为了可能。记者申请体验了一次如何用脑电波来发微信。戴上脑电帽，坐在电脑屏幕前，人脑与机器的信号传输正式开始。

系统启动后，屏幕上出现了一个虚拟键盘，每个键都在闪烁不止。“想打哪个字母就用眼睛盯住，系统会自动识别。”记者想发送的信息是"nihao"，于是首先注视字母n，一秒之后，系统停止闪烁输出识别结果，果然是n。随后的i也比较顺利，但在字母h上却遇到了点麻烦，系统总是识别不准。

杨晨表示，这是第一次使用系统的正常现象。脑电波打字时，眼睛的视线必须非常稳定，一般人都需要一段时间来适应。除此之外，测试者的身体还要保持放松，否则会产生“肌电”影响识别。经过10分钟左右的练习，记者逐渐掌握了打字的技巧，字符的输出成功率也越来越高。终于，在用脑电波“敲击”了nihao和回车键后，信息被成功发送到了微信上。

虽然只打了短短几个字符，但记者已经感到有些疲惫，主要是因为不太适应虚拟键盘按键的不断闪烁。杨晨表示，按键闪烁是收集脑电信号的必要环节，测试者刚开始会有不适，体验一段时间之后会好很多。“我们的眼睛受到一个固定频率的闪烁刺激后，大脑会有一个跟随响应，产生同频率及它的高次谐波，就像共振一样。如果虚拟键盘的每一个键都以不同的频率闪烁，我们看不同的键时，大脑产生的‘共振’也会不一样，系统收集脑电信号后就能知道我们在看哪个键了。”

继续体验一段时间后，记者对闪烁的适应程度越来越高，但同时却发现了另外一个问题：打字者必须时刻保持精神集中。如果稍微一走神，或者眼睛看了别的地方，系统就会出现乱判的情况。对于这个问题，杨晨表示，他前不久设计出的一款新系统可以提供解决办法。记者体验新系统后发现，自己可以在打字时稍微“喘口气”了，只要不看屏幕，系统就不会一个劲地识别。“这种系统可以周期更新你的背景脑电，以此为根据判断你是否在看屏幕。以前是你必须跟着系统的节奏，现在是系统来找你的节奏，感觉肯定舒服多了。”

技术发展

二十年算法更新 识别速度快五倍

除了测试间，脑机接口实验室还有一个面积更大的办公区，十几名博士硕士生每人守着一台电脑，不断编写和修改脑机接口系统的程序代码。就是在这里，杨晨夜以继日花了一年的时间才开发出了最新款的系统。而这种不间断的研究与设计，清华大学已经坚持了整整二十年。

高小榕是清华大学医学院生物医学工程教授，也是脑机接口实验室的负责人。对于这项研究的开端，他表示一切都是机缘巧合。“1998年，美国IBM公司有一项大学研究计划，可以提供研究经费，但支持的必须是以前从没有过的研究。”当时电脑和互联网正在普及，高教授和同事想到，正常人能用电脑，残疾人和瘫痪患者怎么办？于是有人就提出了让脑电波控制电脑的想法，“后来人家公司一查，这种研究以前确实没有，我们就成功申请了项目。”

对于这项新技术如何命名，清华团队也费了一番心思。“那时候我们管它叫‘心想事成’，因为看起来我们只用想的就能完成一些操作。”到了2000年，国际上陆续出现了多个研究同类技术的机构，大家凑在一起开了一次会，才最终确定了“脑机接口”这个官方名称。

脑机接口技术采用的脑科学原理，就是前文提到的脑电信号“共振”现象，学名叫作“稳态视觉诱发电位”。多年来，关于这种电位特性的研究不断完善，为脑机接口技术提供了更加厚实的理论基础。而除了对大脑的研究，脑机接口技术更重要的突破点在于识别算法的迭代更新。这也要求研究人员既要懂大脑，更要懂计算机。

一个新算法的出现，要经过建模、推公式、编程等多个步骤。随后还要把设计出的算法投入到实际系统中，看看它能否完成识别任务。即使能够顺利识别，之后还需要经过一系列的优化，来进一步提高识别目标数、速度、准确率等性能。

高教授表示，研究团队最早开发出的系统，最多只能识别六种频率的脑电波，也就只能输出六个目标指令，每次识别需要五秒钟。因为不同人的大脑响应频率不同，测试者需要经过很长时间的训练，才能逐渐与系统磨合。经过20年来的算法更新，如今的系统性能已经大幅增强：目标总数提升到了40个，构成了有26个英文字母、10个数字键和4个功能键的虚拟键盘。识别速度也比过去快了五倍，每次大约只要一秒。在使用便捷性上，大部分人经过10分钟左右的适应，就可以达到八九成的识别准确率。

未来展望

人与人有望 通过脑电波沟通

目前，世界范围的脑机接口研究有三种主流系统，清华大学发明的“稳态视觉诱发电位”系统具有识别信号多的优势。另外两种系统——“P300电位”系统和“想象运动电位”系统都由国外率先研发。前者同样需要视觉刺激，而且可以加入纠错功能，但识别速度较慢。后者则完全无须借助视觉，但总共只能识别两到三种信号。

无论是哪种系统，最终的目的都是转化成应用，清华团队的这项系统，目标使用群体是渐冻症患者。高教授表示，霍金患渐冻症后，还能继续生活50多年，靠的就是健康的思维和坚定的意志，但大多数的渐冻患者，还是早早就放弃了生活的希望。“渐冻症患者虽然身不能动，但大脑依然是健康的。我们希望脑机接口技术能够帮助患者体现生活价值，从而延长他们的生命。”高教授表示，实验室最近正在筹备新的一轮脑控打字比赛，面向的就是患病和残疾群体。

虽然已经能举办小规模的比赛，但高教授也承认，脑机接口技术目前还主要存在于实验室阶段。究其原因，除了系统性能需要进一步优化外，学界与产业界之间也欠缺一些转化机制。另外，在脑电信号的采集工具上也存在技术瓶颈。“目前我们用的湿电极脑电帽，使用前要洗头，打导电膏，十分麻烦。而另一种干电极头环虽然戴上就能用，但采集的脑电信号又很不准。”

尽管目前仍存在推广难度，但高教授对于脑机接口技术的前景依然十分看好。对于未来社会的通讯方式，高教授也有自己的大胆展望。“未来人与人之间的信息输出很可能不通过语言了，而是靠脑电波直接沟通，所想即所传。”