1.4.6 脑机接口技术

要想实现元宇宙身临其境的虚拟体验,关键是解决大脑输入和输出信号问题。在元宇宙的相关技术底座中,解决信息输入和输出问题的核心技术就是脑机接口技术。

1973年,美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的雅克·维达尔(Jacques Vidal)首次提出脑机接口概念,他也是第一次对这个概念加以界定的学者。雅克·维达尔认为,脑机接口是大脑与外界之间的直接信息传输通路,是使用脑信号控制外部设备(如义肢、轮椅等)的工具,或者是利用大脑信号来进行人机对话的一种具有可行性和实用性的技术,这无疑从技术的目的或功能上为人们展示了脑机接口的技术性质。

从字面的组成上看,脑机接口中的“脑”不仅是指人脑,还泛指生命体的脑或神经系统,它在系统中行使提供生物信号的功能;脑机接口中的“机”指的是进行信息处理的计算机,负责外部执行设备的控制输出,在脑机接口的含义中还包括执行计算机输出指令的机器设备;脑机接口中的“接口”指的是将“脑”和“机”这两个系统连接起来的中介,传感器就是起这种连接作用的中介,它的一端与“脑”连接,另一端与“机”连接,进而提供了人脑和计算机之间的直接连接。对于脑机接口系统来说,“脑”是意图,“机”是表达,“接口”则是实现意图表达的关键环节。“接口”不是对“脑”和“机”进行简单的连接,而是包括不同任务、不同策略下对脑信号的有效刺激与采集,对脑信号特征的分析与提取,以及对控制命令的可靠输出。总而言之,由“脑”+“机”+“接口”组成的脑机接口是在人或动物脑与外部设备之间人工构建的信息传输通道。

脑机接口技术是一种人脑和设备相互融合的新方式,电极记录人脑活动的电信号,这种电信号被转换为数字信号,计算机将逐步提取相关信号特征,对其进行处理,转化为可控制的外部设备命令,这些命令可以用来控制义肢、轮椅或计算机软件。脑机接口技术可以读取脑电信号,实现对大脑信息的读取和复制,同时可以反方向地输入信息,甚至可以改变人们的大脑记忆。脑机接口技术可以分为四个环节:信号采集、信号处理、设备控制、信息反馈。在信号处理环节中,对脑电信号的解码过程,以及外界对大脑信息反馈的实现过程是脑机接口技术的两个难点。脑机接口技术在实际应用时,通过对脑电信号的监控、解码、再编码及输出等来实现对外部设备的控制。