遙控器是什麼可以吃嗎?在未來人們可能以「腦波」控制電子設備

遙控器是什麼可以吃嗎?在未來人們可能以「腦波」控制電子設備
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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。

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文:郭家銘(渴望透過腦波完成曬衣服工作的懶惰鬼,科學月刊編輯)

今年(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(Bill Kochevar),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。

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圖一:利用腦電圖所得到的各類電訊號。

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。

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圖二:Necomimi腦波智能貓耳示意圖。

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.

本文經科學月刊授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航

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