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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 郭家銘/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.