操控游戏预防老年痴呆 意念还能这么玩儿?

2018-01-03 16:34:21 来源: 科技日报 作者:

电影《阿凡达》有这样一个场景:在潘多拉星上,下身瘫痪的前海军战士杰克•萨利躺在密封舱中,通过头上戴着的复杂设备,利用意念操控人造的混血阿凡达。

如今,电影中的场景正一步步走向现实。

在不久前结束的第十五届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛上,获得一等奖的“基于脑机接口的老年痴呆预防系统”项目,正是通过脑电波控制游戏的方式进行脑力训练,进而预防阿尔茨海默症(老年痴呆症)。

脑电波如何“操控”游戏,又是如何预防老年痴呆症?未来意念还将玩出哪些“新花样”?1月3日,科技日报记者采访了来自电子科技大学的该项目研发团队。

“头带”当键盘 玩游戏全靠想

“人在任何状态下,脑都会产生相应的电位变化。对脑来说,神经细胞就是脑内一个个‘微小发电站’,我们的脑无时无刻不在产生脑电波,人在兴奋、紧张、昏迷等不同状态之下,脑电波也会有明显的差异。”团队指导老师、生命科学与技术学院副教授刘铁军说,该项目正是基于脑电波具有的上述特性研发的。

记者在现场看到,该系统主要由脑电信号采集“头带”、信号处理和分析系统以及配套的游戏组成。使用者将信号采集“头带”佩戴后,通过蓝牙链接到电脑上,这时在屏幕上打开一款类似“跑酷”的游戏——“主人公”在奔跑过程中需要躲避相关障碍。与普通“跑酷”不同的是,在其画面的4个方向还各有一个滚动的红色竖条。

“当玩家看到屏幕障碍之后,再把关注点转移至红色竖条上。此时大脑会诱发相应的脑电信号,经过特征提取和模式识别分类算法,就能控制游戏‘主人公’向相应方向移动,躲避障碍。”刘铁军说,这一系列动作都只需要操作者想象,完全不用四肢协作。

“实现意念操控的秘诀,就在脑电波信号采集这个头带上。”团队成员瞿倩说,“头带”虽然看起来很不起眼,但它却能够采集仅有几微伏的脑电信号,“当终端设备接收到稳定的脑电波并经过训练后,使用者就可以进行游戏了。”记者看到,“头带”是黑色套头式的,可以伸缩变化,上面还有3个“象棋”大小的电极和1个“火柴盒”大小的“信号中转站”,信号收集、预处理及发射蓝牙信号到电脑上,都是依靠这个“中转站”。

“传统采集脑电波主要使用湿电极,采集前要在电极上使用导电膏,需要反复调整和专业人员协助,使用之后还需要清洗头皮等,这些繁琐的操作,都为家庭使用带来很大弊端。”刘铁军说,为了该系统能够走进家庭,所以“头带”以干电极作为核心材料,能够方便穿戴。

预防脑疲劳 精神测量的“温度计”

电脑游戏有益于锻炼老人们的智力和思维,延缓脑力衰老已被医学界证实。但传统的电脑游戏需要玩家具备灵敏的反应力、四肢协调参与游戏,对大部分老年人来说缺乏良好游戏体验。

“现有市场上的脑电波游戏产品如‘意念方舟’等,大多为开关类游戏,而缺少类似赛车、跑酷等多指令的方向类游戏。”刘铁军说,开关类游戏多用于训练注意力,而这款“跑酷”类游戏能同时对玩家的反应力、注意力、空间想象力和记忆力等相关能力进行针对性的训练,从而提升大脑细胞兴奋性,减缓脑功能退化,实现对老年痴呆症的预防作用。

“人类对于脑机接口的研究已经数十年,但大多仍停留在实验室阶段,相关成果一直没有能够进行商业化应用。”刘铁军说,过去脑电波相关的技术大多应用在癫痫病治疗、控制义肢等医疗领域,但在预防老年痴呆方面是全新的尝试。

他说,无论电脑上接龙、扫雷,或者在现实中打扑克、麻将都是一种脑力运动,但如果只是简单地进行上述游戏,是无法得知老年人的大脑是否得到了锻炼,也无法反馈玩家是否用脑过度。

“往往当老年人感觉到累的时候,其实已经太迟了。”他说,该项目采集脑电信号的方式,实际上是一个具有生物反馈的过程,从游戏效果上可以得知用户当前是否全身心投入游戏。

“虽说如此,但我们目前还无法给出如何算用脑过度的一个准确标准,就好比一支没有刻度的温度计。实现脑电信号量化,生成相应客观数据,是我们下一步需要攻克的难关。”他说。

“在未来,我们还将推出运用脑电波控制智能家居系统,你也许只需要想一想就能随意控制智能家居中的灯光、空调、音乐等智能设备。”电子科技大学荷福研究院常务副院长刘威鑫说,目前该项目在电子科技大学荷福研究院进行了将近两年的产业孵化工作,现已进入了临床试验阶段,预计不久的将来将推出“脑机接口”项目的相关产品,其中就包括预防老年痴呆的意念头箍、脑电波控制智能家居系统、脑电助眠产品等。

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责任编辑:吴迪
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