通過傳感器與AI的融合，構建人與機器的新關系

無需任何操作，通過BMI（腦機接口）就能像自己的手腳一樣操縱機器

2023/01/31

通過傳感器與AI的融合，構建人與機器的新關系

傳感器

AI

隨著各種機器和機器人的發展，我們已經可以輕松地完成靠人類的肌肉力量和運動能力無法應對的操作。另外，隨著傳感器和AI等信息處理技術的進步，超越人類五感的感知能力也開始得到了活用。想要人們能夠自由自在地靈活使用通過這些機器實現的擴展能力，就需要一些能讓機器和人的關系更加密切的其他技術。

圖1檢測大腦活動，自由操縱機器

讀取大腦活動，創造先進的HMI（人機接口）

人在操作機器時，連接兩者的接口叫做人機接口（Human Machine Interface，HMI）。對汽車而言就是方向盤和踏板，對電腦而言就是鍵盤和鼠標，對智能手機而言就是觸摸屏，把這些接口當作HMI，就可以操縱機器。最近，語音識別技術得到發展，就像AI揚聲器一樣，已經能把自然語言作為HMI來操縱機器。另外，如果把已經在游戲等方面實用化的虛擬現實（Virtual Reality：VR）技術加以活用，就可以一邊感受臨場感和實體感，一邊體驗用電腦制作出的虛擬世界里的事物。人和機器的關系，因技術的進步正在穩步縮小距離。

但是，在現有的HMI中，要將大腦中思考的動作和操作傳達給機器，則需要相應的技能。就如同賽車手和巴士司機一樣，需要花費很長時間進行訓練，才能像控制自己的手腳一樣自由地控制車輛。另外，如果通過方向盤等工具操作機器，無論如何操作都會產生微小的延遲。想要實現人和機器仿佛融合在一起似的操作感，就需要更能縮短兩者距離的技術。

那么，人類和機器之間的距離未來會縮小到什么程度呢？現在正在開發一項可以稱之為“HMI的先進形態”的技術，它可以像自己的手腳一樣無意識地操作機器。這就是被稱之為BMI（Brain Machine Interface，腦機接口）的技術（圖1）。BMI的一部分應用已經發展到可以實用化的階段。下面為大家介紹BMI的發展趨勢及其影響力。

通過傳感技術和信息處理技術的發展，將大腦所想之事可視化

用于檢測大腦活動的傳感技術，以及解析（解碼）大腦活動狀況的信息處理技術的開發日趨活躍（圖2）。并且，高端的BMI正逐漸得以實現。

圖2通過傳感技術和信息處理技術的發展，實現BMI

過去，想要調查大腦活動，需要使用大規模的醫療儀器來測量腦波的變化及其在大腦中的分布。腦波是指將構成大腦的神經細胞的突起所產生的電位，從頭皮表層等記錄下來的微小電信號。要準確測量腦波，需要使用12個以上記錄腦波用的元件，來精密測量幾微伏的電位變動。

近年來，無創且準確讀取腦波的傳感技術得到迅速發展，已無需實施將電極植入大腦之類的外科性措施。由于腦波是通過微伏這種微小電壓的變動來進行觀測，所以會受到肌肉產生的肌電噪聲和周邊環境的電磁波的影響，難以正確測量。隨著去除噪音技術的發展，現在已經可以使用小型傳感器進行高精度的腦波測量。

除了讀取微小電位變動的方法以外，還有測量伴隨大腦活動產生的磁場的方法，以及在頭部照射近紅外光，通過檢測光的散射和反射情況來推測腦內血流量變化的技術等方面，傳感器的小型化和高精度化也在不斷發展。另外，一種叫做“fMRI（功能性磁共振成像裝置）”*1的技術也逐漸得到利用。fMRI可以高度精準地確定出大腦中的活躍部位，能測量出更加詳細的大腦活動狀況。根據不同目的區分使用這些技術，就可以從多方面了解到大腦活動的情況。

*1fMRI（functional magnetic resonance imaging，功能性磁共振成像裝置）是測量腦內流動血液中的脫氧血紅蛋白產生的電磁波，檢測腦內任意部位的活動的技術。

另外，解析（解碼）腦波等反映大腦活動的生物信息的技術也正在不斷發展，已經可以將人們所看和所聽到的認知信息可視化。目前該技術已經發展到的階段是，只要收集到準確的大腦活動信息并充分解析，就可以從大腦的活動信息中，將睡眠中看的夢里的內容和人們用眼睛看的映像，模糊顯示在監視器上。另外，還可以判定喜怒哀樂等精神狀態以及對所學之事的理解程度。

近年來，深度學習（Deep Learning）作為人工智能（AI）的主干技術，開始被活用于各種領域。根據深度學習的理論，準確地將腦功能模型化，明確了解到腦細胞活動和人腦各部分是如何一邊相互關聯一邊工作的，并且解析精度正迅速提高。

從娛樂到福利和教育，BMI的應用領域廣泛

現在測量大腦活動已經變得相對簡單，因此人們正在嘗試將測量獲得的信息應用于各種用途。

例如，利用腦波傳感器，可以判斷人的注意力集中程度以及放松的狀態。具備該功能的耳機已經實用化。并且還可以制作成游戲等，使登場人物的動作和故事發展能根據人們的精神狀態發生變化。如果娛樂內容讓觀眾和玩家感到厭倦則會失去意義。但是，無論多么有趣的內容，也會有人感到無聊。因此，如果能提供根據每個人的精神狀態，用各種方法喚起人們感動的內容，一定會讓所有人感到滿意。

另外，還有一種活用BMI的舉措，就是通過機器支援殘障人士的生活。從腦波中辨別數百種信息的裝置已經實用化，該裝置作為說話和寫字有困難的重度運動障礙者的一種交流手段，其活用方式備受期待。通過活用BMI，能像真正的手腳一樣操縱假手和假肢，這個時代的到來也許已經不太遙遠。

此外，還有一個正在實施的舉措是，檢測出大腦對于人受到的刺激所做出的反應，并應用在高效的教育和訓練中，以提高學習效果。解析出大腦是如何聽取和區分英語會話的語音，再將其反饋給學習者，通過這個方法，目前正在開發可在短時間內提高英語聽力能力的系統等。

BMI是將人與機器的距離縮小到極限，并將兩者進行融合的一項不可或缺的技術。如果得到發展，人們就能像操縱自己的手腳一樣，自由操縱巨大的機器、微小的機器、放置在遠方或危險場所的機器以及具有高度計算能力的計算機等。BMI一定會成為擴展人類的可能性和支撐未來的技術。審核編輯 黃宇