受試者正在用大腦信號駕駛汽車

系統反饋信號

汽車左轉、加速、右轉狀態

一名男子頭戴一頂特殊的帽子，一條導線連接著身旁的儀器。他目不轉睛地盯著面前的顯示器，屏幕上一輛小車在道路上行駛，駕駛車的正是這名男子。但他并沒有手握方向盤，腳踩油門、離合器，而是通過自己對道路狀況的判斷，把大腦信號傳遞給電腦，讓車順利躲開各種障礙，自由靈活地行駛在繁忙的道路上……這聽起來是科幻小說情節或者科幻電影鏡頭的場面，就發生在上海交通大學的實驗室中。實驗主持人告訴記者，這一成果有望在不久的將來上演真實一幕。

記者獲悉，上海交通大學博士生趙啟斌及其導師張麗清教授成功研發了在三維虛擬現實環境中意念汽車駕駛系統。該系統通過受試者的想象思維來控制虛擬現實環境中的汽車，而不用操縱汽車的方向盤或者控制桿，實現汽車的左右轉向和汽車速度的增減，并沿著指定道路的駕駛。該系統實現了自主、異步、自然的新型腦計算機交互原型系統。

20世紀60年代以來，科學家對認知心理學和神經科學進行了大量的電生理學研究，特別是對人腦在各種狀態下所產生的特定腦電信號進行了系統的研究。腦-機接口(Brain-computer interface, BCI)便是利用腦電信號實現人腦與計算機或其他電子設備的直接通訊和控制。1970年，美國國防部為了軍事目的而資助成立了最早的BCI研究組。BCI技術結合了神經科學、心理認知科學和智能信息處理等領域的最新成果，研究重點在于揭示特定腦思維活動規律，建立腦思維活動的意向與行為之間的關聯。直接提取大腦的神經活動，實時翻譯成控制命令，來控制假肢、計算機鼠標、鍵盤、家用電器等，以期幫助那些肢體殘疾、脊髓損傷、中風、肌萎縮側索硬化，以及其他神經肌肉退化的病人，建立一個大腦與外界世界直接交互的新途徑，改善他們的生活質量。

趙啟斌介紹，研究結果表明人腦思維想象時，會產生很多微弱的腦電信號，不同的運動想象在不同腦區產生不同模式的腦電信號，通過分析腦電信號，可以對人的運動想象類別進行判斷。受試者的“帽子”里布滿了靈敏的精密傳感器，能把思維產生的腦電信號傳遞到計算機上，計算機通過精密的分析，就能識別這些信號，把人的“意愿”轉化為指令，把指令信號發給相關設備，起到控制作用。研究人員利用運動想象意念產生的腦電信號驅動三維虛擬環境下汽車沿著指定道路的平穩行駛。

這一研究工作的創新之處在于建立了一種新型的非侵入式運動想象BCI 原型系統，來實現更加復雜的實時控制任務(如駕駛汽車), 不僅采用了運動想象的類別(如想象左、右手、腳)來控制汽車方向盤的轉動方向, 并且利用特定想象任務的持續時間來定義相應控制命令的強度, 并用來控制連續變化的方向盤轉動角度。因此用戶可以通過想象任務來調整方向盤角度, 并且可以加速或自動減速，從而能夠自主駕駛汽車。相對于傳統BCI中兩種或三種離散控制命令, 本系統具有更加精細與平滑的控制能力。在此基礎上，該BCI系統采用了靈活的異步操作協議使受試者能夠通過多種不同的運動想象任務來自主連續地控制汽車的行駛。解決了基于腦電信號腦計算機交互的幾個關鍵問題，包括自主、異步操作模式、快速狀態檢測、連續控制與反饋等。研究受到了國家“973計劃”(編號: 2005CB724301)與上海市科委科技創新行動計劃資助。

有關專家認為，該項研究對理解大腦認知過程、智能信息處理有重要的理論意義，對研發處理高度復雜數據的新型信息感知技術、模式識別技術具有重要的價值。對挖掘人類認知潛能、研發殘疾人和老年人自理自助系統、特別是對認知障礙疾病的康復等問題具有重要的應用前景，并具有極其重要的社會意義。新型的腦計算機接口也可以應用于汽車安全駕駛系統、殘疾人輪椅控制、高危險性警覺度評估、情緒分析等領域。(博雅)