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2018-12-01科學腦波弱 遙控器是什麼復古的玩意？ 未來可望透過腦波控制各種電子設備
588 期
Author 作者
郭羽漫／渴望透過腦波完成曬衣服工作的懶惰鬼，本刊編輯。
今（2018）年11月初，三星（Samsung）公司於美國舊金山舉辦年度開發者大會（SDC），意圖為新開發的產品製作專門軟體，並在日前與瑞士洛桑聯邦理工學院（the Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL）神經修復中心展開合作，開發一種能以腦波進行控制的智慧電視軟體（smart TV software），盼透過這個名為Project Pontis的研究，使自家電視產品能誇越生理限制，利用大腦切換頻道、調整電視音量等。或許再過幾年，人們就能利用腦波控制電子設備與家電了。
結合 AI，打造個性化服務
其實，三星最初是想將這個技術應用在智慧型手機上，有鑑於大多數的家庭都擁有電視，透過腦波技術，該 裝置可望成為智能家庭中心（smart home hubs）。整個研發過程中，研究人員必須先搜集一些樣本，以了解使用者想要執行標的行為（如：選擇想看的電影）時，腦波是如何運作的。研究人員讓使用者戴上配有64個感測器的頭套，並將其連接到與電視鏡相 連結的電腦上；使用者執行眼球追視（eye tracking）的動作時，研究員也一面搜集產品原型所需的腦波資料。
開發人員將環境與腦部掃描的指標結合並建立模型，加上機器學習（machine learning）的應用，讓使用者能透過眼球運動和腦波來選擇節目。軟體原型打造出來後，讓使用者只要利用眼球動作，就能選擇想看的節目或影片，系統也會據此建立吸引該名使用者的影片清單，以便在未來提供更多更準確的內容。EPFL的資深科學家查瓦黎亞加（Ricardo Chavarriaga）表示，未來這項合作會持續鑽研利用大腦訊號做出控制的介面，讓無法控制眼球或肌肉動作的使用者也能輕鬆使用。然而，考慮到不同個體的大腦存在差異，當前的技術必須先針對每個人量身定制出個性化的產品。
無障礙的理想開端 成就更趨友善的科技
運用腦波控制的裝置，其實已在部分案例中得到應用，如先前因交通事故導致部分肢體失能的柯榭瓦（BillKochevar），就因著這項技術得以展開新的人生。柯榭瓦在大腦裝配感測器後，花費約4個月的時間訓練系統，使其了解每個肢體動作的部位與順序後，便在手臂與手掌植入36個誘發肌肉動作的電極，並能透過大腦執行他所想的動作。
腦機介面（brain-computer interfaces, BCIs）的實現，最主要是透過腦電圖 （electroencephalogram, EEG）來收集大腦神經元相互傳訊時微小的電訊號，包括α、β、δ、θ和γ波（圖一），當然也包含部分由視覺線索所觸發的訊號；而某些特定的活動甚至還能跟某些想法相關聯，允許系統做更進一步 的預測。以日產汽車（Nissan）的「腦－車系統（brain-to-vehicle system）」 為例，其監測與動作相關的腦活動訊號，再將數據與車輛自身搜集的訊息相關聯。
除此之外，亦有其他公司嘗試針對腦波控制裝置進行研發，如Space X與特斯拉（Tesla）執行長馬斯克（Elon Musk）於2017年3月創立Neuralink公司，並致力創造神經纖網（neural lace），包括在大腦中安裝微電極來傳遞思考訊息。
電極的考驗
世界各地的神經科學家，已開始研究為大腦建立數位化介面的方法，目前這種腦機介面主要還是開發給因損傷導致癱瘓的個案作使用。儘管三星在這項產品的原型上力求提升可用性，然而未來這些是否有機會以腦波取代觸控與聲控？瑞士三星公共事務與管理部負責人凱瑟涅（Martin Kathriner）認為其仍有待商榷，畢竟當前的硬體仍存在限制，且還得在戴上感測器前於頭上塗一層膠（gel），消費者恐怕不會想要這麼做。
要從頭皮收集腦波訊號，好的電極（electrode）扮演著相當重要的角色，如銀或氯化銀，其不僅能提供低阻 抗、高穩定性的條件，由於成本相對較低，使其成為最廣為使用的材質之一。 只是，如凱瑟涅所言，這種傳統的濕系統（wet systems）必須藉凝膠來穿透毛髮，以求偵測時能提供 較佳的導電路徑。為克服這樣的障礙，近年有不少開發者便開始研發「乾電極（dry electrode）」，該類電極須經過特殊設計，以偵測更深層 的訊號，且須維持在適當的位置，盡可能減少其它人為的訊號干擾。
今年4月，《國際應用科學與工程技術研究》（IJRASET）期刊發布一篇相當有趣的研究，研究員利用乾電極改造一些電器，結合無線傳輸技術，設計的一款可隔空傳遞腦波訊號的裝置，而且不需要上膠。
傳遞意念的時代，終將來臨？
首先，該裝置利用改造過的Necomimi 腦波智能貓耳（Necomimi Brainwave Cat Ears，圖二）感測腦部訊號，並以藍芽模組將訊號傳輸到其它裝置上；當大腦有思考與情緒等活動時，貓耳朵就會豎起來，反之就會下降。接著，將這些訊號的傳輸鮑率（baud rate） 調整後導入由神念科技（NeuroSky）所開發的一款應用程式（App）上，使訊號能被圖像化。
而這個智能貓耳經過「神念思考齒輪（Thinkgear）」技術處理後，能將所接收到的類比電訊號量化、進而轉換為數位訊號，並被所對應的特製設備接收。由於腦波感測器中納入神念科技的心智狀態（mental states）演算法「eSense」，因此使用者只要練習演算法中的2個控制因子──注意力 （attention）與冥思（meditation）程度，搭配應用程式的圖像反覆調整，便能成功對裝置傳遞訊息。
未來，當這些特殊裝置能更準確辨識各種訊號的不同時，便能透過腦波控制許多家電產品的功能。相信在許多人的想像裡，利用腦波對裝置進行控制聽起來很方便，然而更應該思考的是這些便利可能對人類社會帶來的衝擊，並學習如何與它共存，可別成了科技「懶骨頭」，反讓這些產品主宰了自己的生活。
延伸閱讀
1. Shara Tibken, Samsung is building software to control your TV with your brain, CNET, 2018/11/8.
2. Emma Woollacott, How to control a machine using your mind, BBC News, 2018/2/2.
3. Nadeem Tariq Beigh et al., A Review on Brain Wave Signal Appliance Control, International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET), 2018.