美军打造读心"头盔" 无需语言手势直接大脑交流

     希沃克和卢特哈特的读取脑电波信号实验已经进行了好几年,他们曾尝试通过扫描设备接收的脑电波,用于移动鼠标箭头、玩电子游戏。两人迫切希望扩大研究范围,涉猎负责语言的脑区域。因此,当希梅瑟交给他们45万美元的资金,让他们着手证实读心头盔的可能性时,他们立刻抓住了这个机会。

     希沃克和卢特哈特很快招募了12名癫痫患者担任初期实验志愿者。正如我在希沃克的实验视频中所看到的,每位病人的头骨顶端被切下,脑皮层连接上了电极。然后,研究者在病床前安装上一台电脑显示器和一个扬声器。

     他们交给病人36个单词,全部是“辅音-元音-辅音”的简单结构,比如bet(打赌)、bat(球棒)、beat(击败)、boot(靴子)。病人被要求大声说出这些单词,然后再在心里想象这些单词。实验指令通过视觉信号(显示在电脑屏幕上的文字)传达,再用声音信号传达。电极提供了对应神经元活动的精确图谱。

     结果引起了希沃克的巨大兴趣。正如预料的一样,当志愿者说出一个单词,数据显示大脑运动皮层与发音肌肉有关的区域出现活动。而听觉皮层和附近被认为和语音相关的韦尼克区也出现活动。

     当志愿者想象单词的时候,运动皮层没有活动,而听觉皮层和韦尼克区依然活跃。虽然,还不清楚这些区域活跃的原因和具体意思,但已经是一个重要的开始。下一步显而易见:深入人脑,尝试挖掘出足够信息,用以判断,至少是粗略判断志愿者在想什么。

     第二年,希梅瑟将希沃克的数据交给评审委员会,要求出资设立正式项目,研究读心头盔。按照他的想法,头盔将成为人脑和机器之间的互动界面。启动之后,内部感应器可扫描士兵的脑电波;一个微处理器通过电波模式识别软件对脑电波进行翻译,转化成可以识别的句子或单词,然后通过无线电发送出去。希梅瑟还建议加入第二种功能,让头盔检测士兵注意力集中的方向。这一功能可以将思维发给特定目标(一位战友或是一支小分队),只需要将视线对准需要对话的目标。头盔将思维转化成语言后,发送给接听目标的耳塞,或是通过遥远的指挥中心的扩音器播放出来。这种可能性并不难想象:

     “注意!敌人在右方!”

     “我们现在需要撤退伤员!”

     “敌人站在山脊上。开火!”

     这些简短的句子在战场上却可能决定生死的作用。

     这一次,评审委员会通过了希梅瑟的提案。

     经费申请书开始堆积在希梅瑟的办公桌上。为了增加成功的希望,他决定将经费分给两所大学的两支研究小组。

     第一支小组由希沃克领导,采用EC O G,破坏性较大,需要开颅手术,将电极植入脑皮层。第二个小组由加州大学埃尔文分校的认知科学家麦克·祖穆拉领导,计划采用脑电图(EEG ),一种非侵入式的脑扫描技术,因此更适用于读心头盔。像E C O G一样,EEG同样依靠电极接收到的脑信号。这些电极可感应到群体神经元启动导致的微弱电压振动。不同于EC O G,EEG无需外科手术;电极直接附着在头皮上,不会给志愿者带来痛苦,因此更适合实际应用。

     在希梅瑟看来,这一点非常重要。他最终想要得到基础理论知识,从而帮助研究者捕捉更复杂的思维,同时他也想要证明,即使是一个只能识别简单指令的读心头盔也可以发挥巨大作用。毕竟,士兵们经常用程式化的简单语言进行沟通。比如,呼叫直升飞机接走伤员只需要很少几个固定单词。“我们可以从这里开始,”希梅瑟说,“我们可以从更低的起点开始。”比如,呼叫空中支援或是要求导弹支援并不需要很复杂的语言,但是在战场上保持这种简单的通信却非常重要。

     但是EEG的便捷并非没有代价。相比其他入侵性手段,EEG更难发现神经活动的具体位置,因为头骨、头皮和围绕脑部周围的液体有分散电波信号的作用。这几层阻隔,也让信号更难以被检测。EEG数据可能非常混乱,事实上,一些参与该项目的研究者私下怀疑,它根本就不能捕捉到有用的信号。

     2008年,在研究开始的最初几个月,祖穆拉小组的一名重要合作者,著名神经学家大卫·波佩尔坐在他的纽约大学办公室里,意识到自己根本不知道该从何开始。和研究伙伴,语言神经学专家格雷格·希区柯克一起,他发明了一套详细的有声语言系统模式,被教科书广泛引用。但是,在其中没有任何地方谈到如何测量纯思维的语言。