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智能頭環真能判斷注意力是否集中?

發布日期: 2019-11-20 信息來源:欧宝体育

    腦電(dian)波(bo)(bo)(bo)大(da)(da)致分為(wei)α波(bo)(bo)(bo)、β波(bo)(bo)(bo)、γ波(bo)(bo)(bo)、δ波(bo)(bo)(bo)和θ波(bo)(bo)(bo),不(bu)(bu)同的電(dian)波(bo)(bo)(bo)對應不(bu)(bu)同的大(da)(da)腦狀態(tai)。盡管不(bu)(bu)同的腦電(dian)波(bo)(bo)(bo)大(da)(da)致有一個(ge)代(dai)表(biao)的方向,但實際情況卻復雜得多。事實上,腦電(dian)信(xin)號的破譯工(gong)作(zuo)目前(qian)仍是(shi)一片“藍海”。

    前不久(jiu),浙(zhe)江(jiang)某小學(xue)(xue)為學(xue)(xue)生(sheng)佩戴“智(zhi)能頭環”檢測腦電波以判斷其注意力是否集中(zhong)的(de)事件引發熱議。測試腦電波這(zhe)一(yi)在醫療領域(yu)和研究(jiu)領域(yu)常用(yong)的(de)技術手段(duan),由于科幻電影(ying)的(de)炫染總是讓人感覺無比神秘。

    那么什么是腦(nao)電(dian)波,它可(ke)以被探測解讀嗎(ma)?

    神經(jing)元(yuan)的活動(dong)形成(cheng)了(le)腦電波

    盡(jin)管幻想腦(nao)部“呲(ci)呲(ci)”放電會顯得古怪滑稽,但腦(nao)電波確(que)實存(cun)在。之所以(yi)難以(yi)察覺,是因為它的強(qiang)度(du)最高只有200微伏。

    大(da)(da)腦(nao)在活(huo)動(dong)時,大(da)(da)量神經(jing)(jing)元同步發(fa)生的(de)(de)(de)突觸(chu)后電(dian)(dian)(dian)位經(jing)(jing)總和(he)后形成了腦(nao)電(dian)(dian)(dian)波,突觸(chu)后電(dian)(dian)(dian)位的(de)(de)(de)本質是(shi)帶電(dian)(dian)(dian)離子在神經(jing)(jing)突觸(chu)的(de)(de)(de)進出。所(suo)謂“思想的(de)(de)(de)火花”,正是(shi)思考(kao)時體(ti)內的(de)(de)(de)帶電(dian)(dian)(dian)離子穿過神經(jing)(jing)細胞膜上的(de)(de)(de)通道(如化學門控通道)留下的(de)(de)(de)“噼啪”聲,以及流過后大(da)(da)腦(nao)不同區(qu)域的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)位差(cha)。腦(nao)電(dian)(dian)(dian)儀器記錄的(de)(de)(de)正是(shi)腦(nao)神經(jing)(jing)細胞的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)生理(li)活(huo)動(dong)在大(da)(da)腦(nao)皮(pi)層或頭皮(pi)表面的(de)(de)(de)總體(ti)反映。

    一般(ban)認(ren)為,腦(nao)(nao)(nao)電波(bo)(bo)(bo)(bo)大(da)致分為α波(bo)(bo)(bo)(bo)、β波(bo)(bo)(bo)(bo)、γ波(bo)(bo)(bo)(bo)、δ波(bo)(bo)(bo)(bo)和θ波(bo)(bo)(bo)(bo),不(bu)同(tong)的(de)電波(bo)(bo)(bo)(bo)對應不(bu)同(tong)的(de)大(da)腦(nao)(nao)(nao)狀態(tai)。“腦(nao)(nao)(nao)電波(bo)(bo)(bo)(bo)一直存在(zai),但是不(bu)同(tong)的(de)狀態(tai)下不(bu)同(tong)的(de)波(bo)(bo)(bo)(bo)將成為主體(ti),例(li)如合眼的(de)時(shi)(shi)候,α波(bo)(bo)(bo)(bo)會(hui)馬上活躍起來(lai)。”復旦大(da)學教授黃(huang)志(zhi)力說,而當(dang)大(da)腦(nao)(nao)(nao)充滿θ波(bo)(bo)(bo)(bo)時(shi)(shi),人的(de)意識活動明(ming)顯受到抑制,無法(fa)進行邏輯思維和推理(li)活動。此時(shi)(shi),大(da)腦(nao)(nao)(nao)憑(ping)直覺、靈(ling)感、想象等接收(shou)和傳遞信(xin)息。

    科(ke)學家還發現,人們在覺醒并專注于某一(yi)事(shi)時,常可見一(yi)種頻率較β波更高的(de)γ波,其頻率為(wei)30—80赫茲,波幅范(fan)圍不定。有假說認為(wei),γ波也(ye)許與建立統一(yi)的(de)清晰認知(zhi)有關,通過吸引不同(tong)的(de)神經元電(dian)路的(de)同(tong)步,增強意識、產(chan)生注意力(li)。

    用腦機接口、電(dian)極、頭(tou)環均可檢測(ce)

    “腦(nao)電(dian)波(bo)本(ben)身就是(shi)(shi)電(dian)信號,微(wei)伏測(ce)量(liang)確實(shi)難,但是(shi)(shi)檢測(ce)完全沒問題,至(zhi)少實(shi)驗室沒問題。”北京大學工(gong)學院特聘(pin)研究員(yuan)雷霆(ting)表(biao)示,腦(nao)電(dian)測(ce)量(liang)設備的先進(jin)性、貼合的緊(jin)密程度、測(ce)量(liang)方(fang)法、是(shi)(shi)否植(zhi)入(ru)等均對(dui)是(shi)(shi)否能夠(gou)準確測(ce)量(liang)腦(nao)電(dian)波(bo)產生影響。

    據了解,目前(qian)獲得(de)腦(nao)電(dian)(dian)波的方式,有(you)腦(nao)機(ji)接(jie)口、電(dian)(dian)極貼片、頭(tou)環或頭(tou)盔等(deng)。

    通過(guo)腦機接(jie)口獲取腦電波(bo)的(de)方式,理論上獲取效率(lv)最(zui)高,識別率(lv)最(zui)好,而且可以長期(qi)持續使用,但缺點是需要腦機接(jie)口,風(feng)險性(xing)較大(da)。

    電(dian)極(ji)貼片是一種典(dian)型的獲取腦電(dian)波的方式,在醫學領域和一些(xie)科學實驗場景(jing),我們常常可以(yi)見到(dao)在腦外部(bu)貼上(shang)密密麻麻電(dian)極(ji)的場景(jing)。

    上海師(shi)范大學(xue)教授李(li)魯群(qun)等在《基于(yu)(yu)腦電(dian)(dian)(dian)波信號的人體疲勞程(cheng)度測(ce)試(shi)模(mo)型分析》一文中(zhong)曾詳細介紹了通過電(dian)(dian)(dian)極(ji)貼(tie)片獲取腦電(dian)(dian)(dian)波的方式: 通過兩個(ge)干(gan)電(dian)(dian)(dian)極(ji),將(jiang)(jiang)芯片與(yu)測(ce)試(shi)者頭部相(xiang)連,其中(zhong)一個(ge)干(gan)電(dian)(dian)(dian)極(ji)貼(tie)于(yu)(yu)測(ce)試(shi)者的腦門(men),另外一個(ge)夾在測(ce)試(shi)者的左耳;然后將(jiang)(jiang)生物(wu)傳(chuan)感器(qi)與(yu)電(dian)(dian)(dian)腦終端(duan)相(xiang)連,芯片將(jiang)(jiang)采集到的腦電(dian)(dian)(dian)波信號通過藍牙的方式發送到生物(wu)傳(chuan)感器(qi),電(dian)(dian)(dian)腦終端(duan)就會顯示(shi)腦電(dian)(dian)(dian)波信號的特征值。

    雖然這種(zhong)方式比(bi)腦(nao)機接口的成本低很(hen)多,不(bu)需要植入,安(an)全性較(jiao)高,此外,其(qi)信號的識別率也(ye)比(bi)較(jiao)有(you)保障(zhang)。但缺點是這種(zhong)方式操(cao)作(zuo)成本較(jiao)高,且需要專業人(ren)士協助(zhu),不(bu)能隨時進行(xing),日常生活場景中(zhong)很(hen)難普及。

    此(ci)外,頭環(huan)或(huo)頭盔也是獲取腦電(dian)波的方式之一。頭環(huan)或(huo)頭盔的優點在于可以(yi)(yi)簡(jian)單佩戴(dai),持續使(shi)用,可以(yi)(yi)方便(bian)地產品化。其缺點是采集信號(hao)容易(yi)被背景噪音信號(hao)干擾,識別的準確(que)性和效率明顯不如(ru)前(qian)兩者。

    腦電信號的(de)破譯仍是“藍海”

    天馬行(xing)空(kong)、不拘一格、智慧深(shen)邃……人的思維是如(ru)此豐(feng)富多彩,腦電波又有多個種(zhong)類和千萬種(zhong)組合,那么如(ru)何破譯(yi)這些信號?

    “不同的(de)認知可以根據腦電圖的(de)變化來判斷,但(dan)是非常復(fu)雜(za)。”中國(guo)標準化研究院研究員(yuan)張運紅(hong)表(biao)示,盡管不同的(de)腦電波大(da)致(zhi)有一個代表(biao)的(de)方向,但(dan)實際情況(kuang)卻復(fu)雜(za)得多。

    李魯(lu)群等人為找到司機疲勞程度與(yu)腦(nao)電波信(xin)號的關系,曾建(jian)立了一個模型,通過對復雜數(shu)據(ju)的降噪(zao)、重構、建(jian)模、擬合等多(duo)(duo)步(bu)處理后(hou),經過多(duo)(duo)步(bu)計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan),隨后(hou)進行反(fan)向(xiang)驗證,得到相對有一定(ding)準確(que)率的計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)方法,使得α、β、θ波的特征值能夠計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan),從(cong)而得到疲勞狀態的判(pan)定(ding)表(biao)達式,來判(pan)斷疲勞與(yu)否。

    “主(zhu)要問題是腦電波測得是否準確,數據(ju)有沒有價值。”雷霆認為(wei),如果在基礎研究階(jie)段(duan)沒有得出準確的數學模型,則后續的軟件(jian)設計、應用開發(fa)都是無本之木。

    事(shi)實上,腦電信號的(de)(de)(de)(de)破(po)譯工(gong)作目(mu)前仍(reng)是(shi)一片“藍海”。“將(jiang)α、β、θ波的(de)(de)(de)(de)特(te)征值用于計(ji)算(suan),只(zhi)是(shi)其(qi)中(zhong)一部分,還有(you)很(hen)多其(qi)他(ta)方面的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。”張運紅表(biao)(biao)示,目(mu)前科學界并(bing)沒有(you)形(xing)成指南(nan)之類的(de)(de)(de)(de)共識。生物(wu)學領域(yu)的(de)(de)(de)(de)生命活動基礎(chu)仍(reng)是(shi)未解之謎,將(jiang)其(qi)轉化為數學模型(xing)的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)達是(shi)粗(cu)線條的(de)(de)(de)(de)反映,即(ji)使腦電波捕捉準確(que)、后(hou)續(xu)的(de)(de)(de)(de)軟件開發適宜,也無法(fa)高度精確(que)地反映思維的(de)(de)(de)(de)現(xian)狀(zhuang)。

    比(bi)如,從西南科技大學(xue)李雪飛(fei)、許朝進《腦(nao)電生(sheng)物反饋(kui)對正常(chang)小學(xue)生(sheng)注(zhu)意(yi)(yi)(yi)力(li)的(de)影響》的(de)論(lun)文中可(ke)以看到,實驗針對注(zhu)意(yi)(yi)(yi)力(li)分散的(de)8名五年級(ji)小學(xue)生(sheng),采用腦(nao)電生(sheng)物反饋(kui)訓練(lian)系統(tong)進行為期兩個月的(de)注(zhu)意(yi)(yi)(yi)力(li)訓練(lian),比(bi)較后發現,盡管整體效果(guo)有所改善,但存在腦(nao)電數據(ju)與量表結(jie)果(guo)不一致的(de)現象(xiang)。也就(jiu)是說,腦(nao)電數據(ju)顯示(shi)集中精力(li),而量表題(ti)庫(ku)顯示(shi)注(zhu)意(yi)(yi)(yi)力(li)不足。究竟是腦(nao)電數據(ju)與現實狀況接近,還是主觀題(ti)庫(ku)更準,目前仍難判斷(duan)。

    相關(guan)鏈接(jie)

    調控(kong)腦電波有望對(dui)認(ren)知障(zhang)礙(ai)等進行干預

    記者了解到美國兒科(ke)醫學院將(jiang)腦(nao)電波神經(jing)反饋(kui)訓(xun)練作為多動(dong)癥(zheng)的干預手段(duan)之一。我(wo)國科(ke)學家也正(zheng)在研發一種(zhong)穿戴式頭(tou)盔,希望通過監測、調控腦(nao)電波,并結合人(ren)工(gong)智能算法,實(shi)現可反饋(kui)調控的人(ren)腦(nao)功能輔助(zhu)增強技術。

    這種穿戴式腦(nao)(nao)(nao)(nao)功(gong)能調(diao)控(kong)(kong)頭盔基于近年來出現的(de)(de)(de)無創式腦(nao)(nao)(nao)(nao)刺激調(diao)控(kong)(kong)技術,其原理是: 通(tong)過柔性電(dian)極(ji)傳感器,識別腦(nao)(nao)(nao)(nao)電(dian)波在(zai)大(da)腦(nao)(nao)(nao)(nao)執行(xing)不同任務時的(de)(de)(de)變化,再(zai)通(tong)過電(dian)極(ji)組合釋放微(wei)弱的(de)(de)(de)電(dian)流脈沖刺激,到達大(da)腦(nao)(nao)(nao)(nao)的(de)(de)(de)特定區域,改變腦(nao)(nao)(nao)(nao)電(dian)波的(de)(de)(de)活動,調(diao)控(kong)(kong)大(da)腦(nao)(nao)(nao)(nao)神經元細胞(bao)的(de)(de)(de)活躍狀態。

    研究團(tuan)隊負責人介紹(shao),這項技(ji)術(shu)(shu)未來(lai)有(you)望應用于特種人員(yuan)的(de)技(ji)能(neng)訓練和學習(xi)記(ji)憶能(neng)力的(de)快速提(ti)升,高(gao)壓力環境所致(zhi)的(de)焦(jiao)慮緊(jin)張(zhang)情緒(xu)的(de)干(gan)預(yu)(yu)和緩解等。在醫療領(ling)域,這項技(ji)術(shu)(shu)有(you)望對(dui)兒童多動(dong)癥、抑郁癥、老年癡呆(dai)、失(shi)語癥、帕金森病等功能(neng)異常、肢體運動(dong)障礙、認知障礙進(jin)行干(gan)預(yu)(yu)。

    通過實(shi)(shi)驗研究(jiu),研究(jiu)團(tuan)隊解析(xi)出了與(yu)注意認知、情(qing)緒調控、焦(jiao)慮(lv)、毒癮發作、壓力(li)及癲癇等(deng)腦功能障礙相關(guan)的(de)特(te)定腦區(qu)(qu),希望未來能夠(gou)對(dui)(dui)這些特(te)定腦區(qu)(qu)實(shi)(shi)施(shi)有效的(de)干預。但相關(guan)負(fu)責人也坦言,目前的(de)數據(ju)只是(shi)部分(fen)人群(qun)測(ce)試的(de)結果,頭盔在大規模推向市場前,還(huan)需要針(zhen)對(dui)(dui)不同年齡、組別的(de)人群(qun)做(zuo)更多(duo)大量雙盲實(shi)(shi)驗,積(ji)累足夠(gou)讓人信服的(de)數據(ju)。(記(ji)者 張佳星) 

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