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腦機接口,下一代人機交互的主流方式?

http://casecurityhq.com 2019-08-12 15:06 來源:中國電子報 李佳師

最近腦機接口很熱。先是馬斯克投資的神經(jīng)科學(xué)公司 Neuralink 公司宣布其“像縫紉機一樣”的機器人,可將超纖細的線植入大腦深處,能夠讀寫大量信息;隨后Facebook一直支持的加州大學(xué)舊金山分校團隊(UCSF)在《自然-通訊》上發(fā)表論文,公布他們已建成一個腦機接口,可以準(zhǔn)確實時從大腦解碼設(shè)備佩戴者聽到和說出的對話、短語。這一系列腦機接口成果密集曝光,究竟是腦機接口技術(shù)碰巧在這個時間點不約而同出成果,還是背后有什么更大的商業(yè)動機?在PC之于鍵盤鼠標(biāo)、移動之于觸控之后,業(yè)界一直在尋找下代計算平臺的主流人機交互方式,腦機接口會是“那一個”嗎?下一代的人機交互方式應(yīng)該具備什么特征?

馬斯克與Facebook誰更優(yōu)?更大的動機是VR/AR?

我們先來看這兩次腦機接口突破的成果。7月17日馬斯克投資的神經(jīng)科學(xué)公司 Neuralink宣布,Neuralink 用“像縫紉機一樣”的機器人,將超纖細的線植入大腦深處,能夠讀寫大腦信息。7月30日,F(xiàn)acebook支持的加州大學(xué)舊金山分校團隊(UCSF),由團隊的神經(jīng)外科醫(yī)生Edward Chang 發(fā)表論文,公布其腦機接口的進展,通過一個腦-機接口,能夠?qū)崟r地從大腦信號中解碼對話,該系統(tǒng)能夠解碼感知(聽到)和產(chǎn)生(說出)的語音,準(zhǔn)確率分別達到76%和61%。從Edward Chang給出的預(yù)期看,這種神經(jīng)植入物可用于恢復(fù)因中風(fēng)、脊髓損傷或其他疾病而失去說話能力的患者的自然交流。

此前有報道信息稱Facebook的UCSF項目比Neuralink最大的不同,是該項目為非植入式腦機接口,非植入就意味著無須在大腦上打孔,應(yīng)該說無論是從操作性和安全性來看,都比Neuralink大大進了一步。

但中科院自動化所模式識別國家重點實驗室副主任、腦網(wǎng)絡(luò)組北京市重點實驗室副主任余山在接受《中國電子報》記者采訪時說,Neuralink和UCSF的研究成果都屬于植入式腦機接口。FUCSF這項研究中,用的是顱內(nèi)腦電的數(shù)據(jù),也就是開顱手術(shù)之后,放置于癲癇病人皮層上面的腦電所記錄的數(shù)據(jù)。所以這個不能算是“非植入式腦機解碼”。用這樣的方法,只能在特定的患者身上開展。所以要想實現(xiàn)接近準(zhǔn)確率100%會非常難,因為顱內(nèi)腦電的數(shù)據(jù)分辨率還不是很高,難以區(qū)分單個細胞的活動。

而Facebook的目標(biāo)是非植入腦機接口。在2017年舉行的F8大會上,F(xiàn)acebook曾宣布了腦機接口(BCI)計劃,概述了構(gòu)建非侵入性可穿戴設(shè)備的目標(biāo),該設(shè)備能讓人們通過默想自己說的話來打字,而UCSF是BCI計劃的一部分。而在BCI計劃的真正意圖不完全是醫(yī)療用途,他們的目標(biāo)是為VR/AR尋找輸入方式。Mark Cheville是Facebook現(xiàn)實實驗室腦機接口項目的研究主管,他表示,BCI項目是開發(fā)增強現(xiàn)實眼鏡為最終目標(biāo),這種眼鏡無需大聲說話就可以控制。Facebook表示,這種完全無創(chuàng)的腦機系統(tǒng)最終可以讓人們每分鐘輸入100 個單詞(是現(xiàn)在人們用手機輸入單詞速度的5 倍)。

0glass公司創(chuàng)始人蘇波在接受《中國電子報》記者采訪時表示,F(xiàn)acebook非侵入式的可穿戴設(shè)備和馬斯克的植入式設(shè)備,都是異曲同工,讀取腦電圖,最終達到控制輸入和交互目的。“我的判斷目前這種設(shè)備還處于早期雛形階段,還存在體積大、操作復(fù)雜、辨識率不高或能設(shè)計的交互流程有限等問題,但卻是代表了未來。”蘇波說。

腦機是第三代人機交互主流方式嗎?

腦機接口能夠成為繼續(xù)鼠標(biāo)鍵盤、觸控系統(tǒng)之后的第三個主流的人機交互系統(tǒng)嗎?這應(yīng)該是腦機接口之所以被極大關(guān)注的根本原因和商業(yè)意圖所在。

腦機接口若要成為主流的人機交互系統(tǒng),需要在兩個維度獲得更大突破:一是“接入式”腦機接口需要足夠安全,足夠方便。二是“非植入式”腦機接口的解碼率要足夠高。從目前看,70%的解碼率顯然不夠,那么它能夠?qū)崿F(xiàn)100%解碼率嗎?

贛鄱基因創(chuàng)始人兼CEO殷偉榮對《中國電子報》記者表示:“首先,UCSF這個項目準(zhǔn)確率是如何計算的,尚不可知。其次,我認為解碼率提高是可能的,但能不能無限接近99.99%及其以上,需要時間科研積累。難度在于,現(xiàn)在對于人腦的認識,有可能連1%都不到。”

中科院自動化研究所研究員何暉光在接受《中國電子報》記者采訪時表示,目前植入式腦機接口主要是應(yīng)用在病人或者動物上。非植入式腦機接口盡管其精度沒有植入式高,但是也有一些發(fā)揮了重要的作用。如清華大學(xué)腦機接口研究組利用視覺誘發(fā)電位腦機接口,幫助漸凍人朗讀和交流;華南理工大學(xué)利用腦機接口對植物人的狀態(tài)進行評估;美國CMU團隊利用運動想象遙控?zé)o人機,還利用運動想象促進中風(fēng)病人上肢康復(fù)。

何暉光進一步表示,由于對大腦工作機制了解不足,并且受到神經(jīng)信號采集和分析手段的限制,現(xiàn)有腦機交互技術(shù)的信息傳輸速率(0.1-5比特/秒)仍遠低于鍵盤和語音等傳統(tǒng)的人機交互方法,無法得到廣泛應(yīng)用。所以他的結(jié)論是,腦機接口無法成為AR/VR時代的主流的人機交互方式。

蘇波認為,目前腦機接口技術(shù)尚未成熟,無法擔(dān)當(dāng)AR/VR主流人機交互的重任。

誰是AR/VR主流交互的“那一個”?

如果現(xiàn)在的腦機接口技術(shù)尚不成熟,還無法承載AR/VR主流交互方式的重任,那么誰是擔(dān)當(dāng)下一代計算重任的“那一個”呢?

蘇波認為,每一代計算平臺(終端)的革命都伴隨著交互技術(shù)的革命,而交互技術(shù)的革命也會引發(fā)計算終端操作系統(tǒng)的革命,也可以說交互技術(shù)是計算平臺之所以成為計算平臺最重要的因素之一。鼠標(biāo)的發(fā)明,催生了圖文界面的操作系統(tǒng)MacOS和Windows,鍵盤作為輸入工具和鼠標(biāo)完美結(jié)合,從而帶來PC時代。而觸控技術(shù)與安卓、iOS聯(lián)手,催生了第二代計算平臺智能手機時代。有觀點說AR/VR有望成為下一代計算平臺,那么AR/VR眼鏡要想成為個人消費品還要滿足四個條件:一是輕量化和微型化,二是5G網(wǎng)絡(luò)的正式商用,三是新一代AR操作系統(tǒng)的發(fā)明,四是新一代交互技術(shù)的產(chǎn)生。

AR/VR個人消費時代的到來,其中的關(guān)鍵點包括了適合AR/VR的新一代的交互技術(shù)及新一代的操作系統(tǒng)。蘇波認為,未來AR最主要、最自然的交互方式一定是腦波交互,不影響他人又能很好的保護隱私。但是目前腦波交互剛剛萌芽,離成熟還有相當(dāng)長的時間。在此之前必須打通腦機接口,而如何打通,現(xiàn)在已經(jīng)看到了希望。

“我判斷腦波交互需要至少十年時間才能真正用于交互,在期間還有沒有更好的交互方式能用于AR眼鏡?在腦波交互到來之前,鍵盤、手柄、鼠標(biāo)(指環(huán))、語音、手勢、眼動著這六種交互方式將會混合存在,并且2020年之前一定會發(fā)明一種可以讓這6種交互方式自由按需切換的技術(shù)或平臺。”蘇波說。

何暉光認為,在AR/VR時代,盡管人機交互會取得很大進展,但腦機交互應(yīng)該還不會成為主流交互系統(tǒng)。下一代交互系統(tǒng)應(yīng)該是多模態(tài)智能人機交互,將使用人工智能技術(shù),通過多種模態(tài)的信號(比如語音、文本、動作、表情等)實現(xiàn)人與機器的交互,其最終目標(biāo)是使人機交互與人人交互一樣便捷和自然。

在這層意義上看,蘇波和何暉光都認為至少在相當(dāng)長的時間內(nèi),腦機接口還不可能成為AR/VR的主流交互方式,混合、多模態(tài)智能人機交互才會是接下來的主流形態(tài),而未來的終極目標(biāo)是腦波交互。但是何時到來,尚無時間表。

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