“脑-计算机”交互技术实现真正智能理念

脑-计算机接口(BCI)是利用脑认知活动产生的信号与外部设备建立信息交互，实现人脑与计算机或其他电子设备的通讯和控制。脑电信号是一种微电压信号，能反映大脑内部不同区域神经元的群体放电效应，在一定程度上能反映出人的不同精神活动，可利用电极在头皮表面测量获得。通过分析脑电信号模式的改变，可以对人的认知行为和精神状态进行判断或预测。新型的脑计算机接口也可以应用于汽车安全驾驶系统、残疾人轮椅控制、高危险性警觉度评估、情感分析等领域。

　　上海交大计算机科学与工程系《仿脑计算与机器智能研究中心》以及上海交大《智能计算与智能系统》教育部-微软重点实验室研究开发了三种基于脑电信号的脑-计算机交互技术。

　　用意念操控汽车

　　上海交大计算机系开发了《脑计算机交互技术原型系统-虚拟环境下基于认知意念的汽车驾驶系统》。该系统通过受试者的想象意念来控制虚拟现实环境的汽车，而不用操纵汽车的方向盘或者控制杆，实现汽车的左右转向和汽车速度的增减。

　　为了建立一种新型的非侵入式运动想象BCI原型系统,通过脑电信号来实现复杂的实时控制任务(如驾驶汽车),利用运动想象的类别(如想象左、右手、脚)来控制汽车方向盘的转动方向,并且利用特定想象任务的持续时间来定义相应控制命令的强度,从而用来控制连续变化的方向盘转动角度。该BCI系统的主要原理为：不同的运动想象在不同脑区产生不同模式的脑电信号，通过分析脑电信号，可以对用户的运动想象类别进行判断。因此用户可以通过BCI系统利用不同的想象任务来调整方向盘角度,并且可以加速或自动减速，从而能够自主驾驶汽车。

　　警觉度实时监控

　　BCI系统不但可以用来控制外部设备，也可以用来描述人的精神状态和情感。相比于其他生理信号如心电、体温、皮肤阻抗等，作为直接反映中枢神经活动的脑电信号，可以更为客观准确地描述人的不同状态和情感。

　　在日常生活中，尤其是驾车过程中，警觉度下降或注意力降低是引发交通事故的一个重要因素。为此，交大计算机系正在设计开发一种新型的驾驶员警觉度实时监控系统，该系统可以通过分析驾驶员脑电模式的改变，实时预测驾驶员的疲劳程度。系统主要原理为：当驾驶员的疲劳程度改变时，大脑内部不同脑区神经元放电的同步性会发生改变，这些改变可以通过脑电检测到，通过对脑电的模式进行分析，便可对驾驶员的疲劳程度进行估计。

　　识别喜怒哀乐情感

　　日常生活中，很多信息是通过人的情感显示出来的，如对所欣赏音乐或影片的感觉，对所处环境的满意程度等。因此，未来的智能人机交互系统，应具备用户的情感识别能力。情感包含很多种类如愉快、悲伤、恐惧、无聊等，而且通常体现在喜好度和兴奋度两个尺度上。

　　脑电作为一种描述中枢神经活动的生理信号，可以直接准确地反映人的情感变化。交大计算机系目前正在设计开发一种基于脑电信号的情感识别系统。该系统可根据受试者处于不同环境下的脑电信号，判断受试者当前的情感类型。如可以根据脑电信号判断用户对不同音乐或影片的感受，对所处环境的满意程度等。

　　研究者还将进一步拓展开发脑机交互新型技术，如残疾人轮椅、基于脑机交互的汽车安全系统，以及基于情感识别技术的智能人机交互系统等。