6月14日，清华大学医学院神经工程研究所实验室举行了一场特殊的“世界杯机器人足球赛”：在一个绿色地毯上，红色机器狗像守门员一样在门口左右移动阻止对方进球，蓝色机器狗则躲避障碍，努力将足球踢进球门。这场球赛的特殊之处在于两只狗的运动不是由人操作摇控器来控制的，而是由计算机实时解读旁边两位戴着电极帽的人的想象运动思维来控制的。
这不是特异功能的演示，而是清华大学医学院神经工程研究所展示在神经科学和信息处理技术学科交叉领域的一项创新成果。这一实时“脑—机接口”（Brain-Computer Interface）的研究成果将发表在6月出版的国际电子电气工程师学会（IEEE）期刊《神经系统与康复工程》上。
据介绍，人在思维时，大脑皮层会出现特定的电活动，在头皮记录到的这种电活动通常被称为脑电波。该项目的负责人洪波博士介绍说，“脑—机接口”技术通过实时记录脑电波，在一定程度上解读人的简单思维，并将其翻译成控制命令，以实现对计算机、家用电器、机器人等设备的控制。
“这项研究的初衷是为了帮助那些丧失运动能力但大脑功能正常的残疾人，让他们通过这样的‘脑―机接口’系统用自己的思维直接操控轮椅、假肢甚至计算机。”洪波说，目前这一研究已成为新兴交叉学科神经工程核心研究领域，极大地推动了人们对于人脑思维能力的认识和利用。
清华大学医学院神经工程研究所主任高上凯教授说，该研究小组在处理和解读神经信号方面的研究已有近20年的时间。1999年，他们在国际上较早研制成功了解读视觉脑区信号的“脑—机接口”系统，并创造了每分钟60比特的最高通讯速度，而国际上同类系统的速度一般在25比特左右。随后，该研究小组又发展了一套先进的信号处理和模式分类方式。今年初，他们利用这套方法实现了实时解读大脑运动皮层信号的脑机接口。这个新系统不再需要任何外界的视觉刺激，只需想象自己的肢体运动，计算机就可以通过脑电波判断出想的是什么运动，并翻译成相应的命令，来控制家电开关或机器人的运动。
洪波说，解读脑电信号最大的挑战是脑电波十分微弱，通常在头皮检测到的电压大约只相当于普通干电池的十万分之一，而且其中有用的信号常常湮没在杂乱的背景噪声中。目前，国际上最先进的“脑—机接口”技术是美国布朗大学的研究人员实现的，他们利用外科手术打开大脑颅骨，将芯片置入其中，并将之接入计算机解读。这种方式的优势是直接读取第一手信号，缺点是以损伤的方式置入芯片。利用头皮脑电波的“脑—机接口”技术的优点是无损伤，缺点是读取速度慢。
据介绍，该实验室已经和国内一些医疗康复研究机构开展合作，研究如何利用这样的系统来帮助残疾人提高生活质量或加速康复速度。除此以外，这项技术还可用于军事、航天、人工智能和娱乐等方面。
高上凯告诉记者，他们目前的工作只是掀开了解读人类简单思维活动的一角。比如，目前的系统只能让机器狗在左、右和前三个方向运动。解读复杂的人类思维之奥秘还有很长的路要走，也许这个过程是无止境的。
2006-06-21