導讀

據美國華盛頓大學官網近日報道，該校研究人員的一項新研究有望使“心靈感應通訊”離現實更近一步。他們創造出一種新方法，使三個人只用心靈就可以合作解決問題。

背景

近年來，腦科學與腦機介面的研究發展迅猛。這些新技術在人腦與外部裝置之間建立起溝通的橋樑，從而彌補人類的缺陷與不足，特別是在醫學方面有著極大的應用價值，成果主要體現在為殘障人士實現視覺、聽覺以及肌肉運動等方面的輔助功能。相關研究大多是透過將大腦以某種形式與外部裝置連線，實現腦電波訊號與相關指令訊號間的轉換。

（圖片來源：Rob Reinhart）

例如，美國杜克大學的神經學家團隊釋出的一項報告稱，一組因脊椎損傷而截癱的病人，使用腦機介面（BCI）、虛擬現實（VR）裝置、骨骼康復機器人可穿戴裝置，透過大腦活動模擬控制雙腿展開行走訓練，恢復腿部肌肉的自由移動，以及下肢觸控和疼痛感知。

（圖片來源：AASDAP）

然而在腦機介面的基礎上，科學家們希望進一步打造“腦腦介面（brain-to-brain interface）”，讓腦與腦聯網來協同解決複雜問題。這也就是所謂的“腦聯網”，即連線每個人的大腦，建立以人腦為基礎的“社交網路”，實現“心靈感應”式的交流。

（圖片來源：華盛頓大學）

創新

在華盛頓大學研究人員設計的“腦網路（BrainNet）”中，三個人採用腦與腦之間的介面，玩一個類似俄羅斯方塊的遊戲。這樣第一次證明了兩件事：超過兩個人的“腦腦聯網”；一個人只需要用腦就可以傳送資訊給他人，也可以接收來自他人的資訊。

（圖片來源：Mark Stone/華盛頓大學）

4月16日，團隊將研究成果刊登在《自然》雜誌推出的期刊《科學報告（Scientific Reports）》上。儘管去年9月份，這項研究發表在預印本網站“arXiv”之後，就獲得了媒體的廣泛關注。

華盛頓大學保羅·艾倫計算機科學與工程學院教授、奈米技術中心聯合主任、論文通訊作者 Rajesh Rao 表示：“人類是社交動物。我們相互溝通來合作解決問題，否則我們誰也解決不了自己的問題。我們想知道一群人能否只使用他們的大腦來合作。這就是我們為什麼會想出BrainNet。在那裡，兩個人幫助第三個人解決問題。”

技術

與俄羅斯方塊遊戲一樣，這個遊戲展示了在螢幕頂部有一個方塊，然後需要在螢幕底部形成一行。兩個人（發信者）可以看到方塊和行，但是無法控制遊戲。第三個人（收信者）只能看到方塊，但是可以告訴遊戲是否轉動方塊以成功地連成行。每個發信者決定方塊是否需要轉動，然後從大腦發出那個資訊，透過網際網路到達收信者大腦。然後，收信者處理那個資訊，從大腦直接傳送命令（旋轉或者不旋轉那個方塊）給遊戲，有望完成並清除一行。

下圖為遊戲的示例。收信者看到左邊的圖片，發信者看到右邊的圖片。頂部的一行圖片展示遊戲開始時的螢幕。發信者（右圖）可以看到底部綠色的一行，但是收信者看不到。中間的一行圖片是當發信者有機會選擇稽核收信者的決定時，他可以建議收信者改變他們的想法。底部的圖片：成功！發信者改變收信者想法後的兩個螢幕。

（圖片來源：Jiang， et al。 2019， Scientific Reports）

團隊邀請了五組參與者來玩16關遊戲。對於每一組來說，所有三個參與者都在不同的房間，彼此無法看到、聽到與交談。

每個發信者可以看到電腦螢幕上顯示的遊戲。螢幕的一側顯示單詞“是（Yes）”，另一側顯示單詞“否（No）”。“是”選項下方的LED每秒閃爍17次；“否”選項下方的LED每秒閃爍15次。

論文第一作者、艾倫學院本碩連讀專案的學生 Linxing Preston Jiang 表示：“一旦發信者作出是否旋轉方塊的決定，他們就會集中注意力在相應的燈上，向收信者的大腦傳送‘是’或‘否’訊號。”

（圖片來源：Mark Stone/華盛頓大學）

發信者戴著腦電圖帽，腦電圖帽採集他們大腦中的電活動。燈的不同閃爍模式，觸發大腦中能被腦電圖帽採集到的獨特活動。所以，隨著發信者凝視與他們選擇對應的燈，腦電圖帽就會採集到那些訊號，然後電腦透過在螢幕上顯示出一個朝著他們期望選擇移動的游標，提供實時反饋。然後，這些選擇被轉化為“是”或“否”的答案，再透過網際網路傳送給收信者。

（圖片來源：Mark Stone/華盛頓大學）

論文合著者之一、華盛頓大學心理學系、學習與腦科學研究所（I-LABS）助理教授 Andrea Stocco 表示：“為了向收信者傳送資訊，我們採用了一根末尾如同魔杖般的線，它看上去就像收信者腦後的小球拍。這個線圈刺激翻譯眼睛訊號的大腦部分。從根本上說，我們‘欺騙’了大腦背部的神經元，散佈一種它們已經從眼睛接收到訊號的資訊。然後，參與者會感知到明亮的弧線或者物體突然出現在他們眼前。”

（圖片來源：Mark Stone/華盛頓大學）

如果答案是：“是的，轉動方塊”，那麼收信者將看到明亮的閃光。如果答案是：“否”，那麼收信者什麼也不會看到。在作出是否轉動方塊的決定之前，收信者接收到來自發信者的輸入。因為收信者也穿戴者腦電圖帽，所以他們可以採用與發信者一樣的方法選擇“是”或“否”。

發信者有機會稽核收信者的決定，如果他們不同意，可以傳送糾正資訊。然後，一旦收信者傳送第二個決定，小組中的每個人都會發現，他們是否清除了那一行。平均來說，每個小組81%的時間都成功清除了一行，也就是說，16次嘗試中13次是成功的。

研究人員想要知道，隨著時間推移，收信者是否學會基於可靠性信任某個傳送者。團隊故意地挑選某個發信者成為“壞發信者”，並且在16次中有10次迅速反轉他們的響應。這樣一來，“是，轉動方塊”的建議將會被收信者當成“否，不要轉動方塊”，反之亦然。隨著時間推移，收信者從對發信者保持相對中立，變成強烈地偏好來自“好發信者”的資訊。

未來

團隊希望，這些成果將為未來的腦腦介面鋪平道路，從而使人們可以解決一個大腦無法解決的困難問題。研究人員也相信，這是一個恰當的時間來展開更大規模的對話，這個對話主要關於這種腦增強研究的倫理標準，以及開發協議來保證人們的隱私隨著技術提升而得到尊重。研究小組正在神經技術中心與神經倫理學團隊合作，來應對這些型別的問題。

Rao 表示：“但就目前來說，這還是嬰兒學步。我們的裝置仍然非常昂貴，並且佔據很大的空間，而且目前的任務只是一個遊戲。我們正處於腦介面技術的起步階段，我們只是剛剛起步。”

關鍵字

腦介面、通訊、腦電圖