中國將啟動首次太空腦－機(jī)交互實驗

航天員在太空中“動動腦子”就能“指揮”各種操作，這種科幻片中才能見到的情景或?qū)⒊蔀楝F(xiàn)實。

隨著我國第一個真正意義上的太空實驗室——天宮二號的成功發(fā)射，由天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊負(fù)責(zé)設(shè)計研發(fā)的在軌腦-機(jī)交互及腦力負(fù)荷、視功能等神經(jīng)工效測試系統(tǒng)也一同進(jìn)入太空，將開啟首次太空腦-機(jī)交互實驗。“腦-機(jī)交互將是未來人-機(jī)通信交互的最高形態(tài)。”項目主要負(fù)責(zé)人、天津大學(xué)精儀學(xué)院教授明東介紹，腦-機(jī)交互一直被列為美國最優(yōu)先支持發(fā)展的顛覆性創(chuàng)新技術(shù)之一，“這將是中國人領(lǐng)先歐美開啟的一次太空腦-機(jī)交互實驗征程”。

即將在天宮二號上開展實驗的神經(jīng)工效測試系統(tǒng)擁有64項授權(quán)國家發(fā)明專利，1項軟件著作權(quán)，是天大“智”造的自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)集群。天大神經(jīng)工程團(tuán)隊長期從事以助老、助殘、助特為目的的新一代腦-機(jī)交互基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)方面的研究工作。他們陸續(xù)設(shè)計出適用于全肢體中風(fēng)康復(fù)的純意念控制人工神經(jīng)機(jī)器人系統(tǒng)“神工一號”“神工二號”并在多地醫(yī)院臨床測試成功，曾被評為“中國可能改變未來的十大科技成果之一”，有力推動了新興的腦-機(jī)交互技術(shù)在臨床康復(fù)領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。

此次在執(zhí)行載人航天空間實驗室任務(wù)中，“神工”技術(shù)將為“天宮二號”空間實驗室的航天員太空中期駐留驗證等作出貢獻(xiàn)，是“天宮二號”航天人因工程重點項目。

為何要在太空中率先開展腦-機(jī)交互研究?“從宏觀來說，人類的大腦因其復(fù)雜神秘而被稱為‘三磅宇宙’，探索宇宙與探索大腦存在著天然的關(guān)聯(lián)。”明東介紹，航天員在太空環(huán)境中，完成復(fù)雜作業(yè)任務(wù)受到極大的限制，腦-機(jī)交互可以不依賴外周神經(jīng)和運動系統(tǒng)，將航天員的思維活動轉(zhuǎn)化為操作指令，同時又能監(jiān)測航天員的腦力負(fù)荷等神經(jīng)功能狀態(tài)，實現(xiàn)人機(jī)互適應(yīng)，減輕作業(yè)負(fù)荷，是最為理想的人機(jī)交互方式。

通過腦力負(fù)荷與視功能測試系統(tǒng)，可以實時獲取并解析航天員在作業(yè)任務(wù)時的感覺(視覺)和認(rèn)知(腦力負(fù)荷)功能相關(guān)的生理信息變化。在軌腦-機(jī)交互系統(tǒng)針對太空飛行過程中的各類約束條件開發(fā)了適于在軌環(huán)境的高識別度、高穩(wěn)定性的腦-機(jī)交互自適應(yīng)檢測設(shè)備與處理技術(shù)，構(gòu)建了針對航天員個體的高度個性化定制的腦-機(jī)接口判別模型，設(shè)計了腦電特征強(qiáng)化誘導(dǎo)訓(xùn)練策略，優(yōu)化了腦電特征與系統(tǒng)模型的耦合效率，大幅提升了腦-機(jī)在線操作的工作。

“這是我們團(tuán)隊首次參與航天任務(wù)，師生們?yōu)榇烁冻隽似D苦的努力，積累了寶貴經(jīng)驗。”明東介紹說，2012年3月，天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊與中國航天員中心人因工程重點實驗室正式簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，致力于我國在軌腦-機(jī)交互裝置與技術(shù)的研制和發(fā)展，其間進(jìn)行了多次原理演示和可行性論證，尤其近一年中團(tuán)隊先后完成了所需的5個軟硬件子項目的開發(fā)和調(diào)試，開展地基人體實驗近千次，最終通過了航天員中心的嚴(yán)格評審。

明東曾通過紀(jì)錄片《生命密碼：三磅的宇宙》向世界解讀“腦機(jī)交互”這一項令人激動的科技成果。“我們貼切地將這一計劃稱為‘天地同心’或者‘太空諦聽’，因為可以讓地面的機(jī)器人分身傳達(dá)著遠(yuǎn)在萬里之外、太空之上的航天員本人的某些思想。”明東說，“這一計劃若能成功，希望能夠吸引更多人來關(guān)注腦-機(jī)交互技術(shù)，關(guān)注中國神經(jīng)工程前沿科技的發(fā)展。”