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单手托住一个球，集中注意力，默念三声：Wingardium Leviosa（温嘎迪姆 勒维奥萨），只见那个球体开始脱离你的掌心，慢慢升起……
这不是哈利·波特念的“飞行咒”。做到同样不可思议的事，哈利靠魔法，麻瓜有科技（麻瓜即不会魔法者）。
在今年1月美国拉斯维加斯消费电子展上，一款用“意念”控制的飞行球玩具Puzzlebox Orbit，引起媒体广泛关注。各路记者纷纷上前试用：戴上脑电波耳机，集中注意力——飞行球升空了！
麻瓜脑电生魔法
正如英国科幻大师阿瑟·克拉克所言，“任何足够先进的技术，初看都与魔法无异”。意念控制正是这样一种技术。
用意念控制物体当然不是魔法，而是实实在在的现代科技。还记得医院里的脑电图吗？它能用来观察睡眠是否紊乱，诊断癫痫、昏迷和脑死亡，意念控制用的也是相同原理。
意念控制的更准确称呼应该是“脑电波控制”，用人的脑电波状态作为控制动作的发起方。大脑由神经元组成，神经元上存储着正电荷或负电荷，电荷的多少被转运蛋白上携带的离子不断改变，神经元也因此不断对外“放电”。
当许多同一方向的神经元同时放电时，它们会推动邻近的神经元也放电，继而推动下一级神经元放电……如此往复。当这些电荷到达头皮时，会改变事先紧贴头皮设置的电极上的电荷。如果头上有两个或更多的电极，那么电极间就会产生电势差，这个电势差就是医生检测到的脑电波。
在用意念控制航模类飞行器之前，玩家需戴上特制的脑电波耳机。这种耳机有两个电极，一个贴在前额上，一个夹在耳垂上，这两个电极间的电势“差值”就是脑电波。脑电波信号经过耳机里的芯片处理后，得出反映大脑活跃程度的指标——“注意力集中度”。脑电波耳机通过蓝牙无线通信把“注意力集中度”传到智能手机上，用一个app第三方应用程序将其转换成控制指令，再通过接在耳机口上的红外发射器操控飞行球、直升机航模等特制飞行器的起飞和空中动作。
“脑机接口”新人生
所谓“注意力集中度”，即指向电极所在位置的所有神经元活动的总和。如果说大脑里的神经元是地球人，那么通过脑电波传感器观察神经元活动的“我们”就好比在太空中观察人类活动的外星人。大脑“注意力集中”时，就相当于全球所有人彻夜不眠开派对，外星人在高空UFO上只能感觉到整个地球都闹哄哄的，但听不清哪个人在说什么。“注意力分散”就相当于全球所有人都不分昼夜睡懒觉，外星人就会觉得地球很安静。
而脑电波耳机能将读取到的脑电波通过频谱分析，转换成0至255之间的整数，数字越大表示“注意力”越集中。因此，当操控者聚精会神想“起飞”时，由耳机传出的关注指标就会启动指令，让飞行器“依令”升空。一旦注意力分散，飞行器就会降落。
这类由注意力控制的飞行器是“脑机接口”领域最简单的应用。“脑机接口”一词包括大脑与计算机直接交流的所有通道，除了脑电图以外，还有“功能性核磁共振成像”、人工耳蜗等等。
由于脑机接口研究目前仍处于非常初级的阶段，所以其应用还无法做到既简便又准确。好消息是，在宾夕法尼亚大学医学中心让猴子通过意念控制机械臂，抓了几年香蕉之后，美国高位截瘫患者蒂姆·赫姆斯在2011年成功用意念控制机械臂，握住了女友的手。
在网上流传的两段瘫痪者通过意念控制机械臂给自己喂饭的视频中，患者都通过开颅手术在大脑中植入了96个电极。这样一来，能够提供给计算机的原始脑电波信号就比较准确，经过演练的计算机程序就能分辨某人想像“往左移动”和“抓取那块巧克力”之间的区别。由于这几位志愿者都获得了一定程度的生活自理能力，宾夕法尼亚大学的研究者正准备让这项技术进入临床试验，争取早日让有一定经济条件的高位截瘫者先用上。
无创电极锐应用
如果不想做开颅手术，那么还有两种相对简易的技术可以考虑：一种是无创的脑电波技术——在头皮表面贴上许多电极，电极和头皮之间还要灌注导电硅胶以确保良好的电气连接。然后通过演练，让计算机熟悉某人的不同想象，比如用左手还是右手、坐下、站立等，并找到与之对应的脑电波区别。
德国柏林自由大学的人工智能教授劳尔·罗雅斯将这一技术与自动驾驶技术相结合，于2011年2月举行了“意念驾车秀”。在“秀”之前，驾驶员须对车载计算机进行“训练”，使它的“识别算法”适应驾驶员的想象模式。对于控制一辆能自动驾驶的车来说，车载计算机只需熟悉“前进、左转、右转、刹车”这四个想象模式就够了。
要“秀”了！驾驶员在车内戴上脑电波传感器，想象“推”，计算机将该意念识别为“前进”，并转换成控制信号，汽车便自动前行了。同理，想象“左”的时候，汽车会选择最近的路口左转。至于汽车如何避开行人，怎样判断何时转弯、什么情况下不行，均由装有激光雷达等避障传感器的自动驾驶系统完成。
但无创脑电波技术也面临一个难题：由于穿过颅骨到达头皮的脑电波信号极其微弱，所以非常容易受外界环境干扰。在50赫兹交流电的办公环境里用这种方式采集脑电波，就像你的女友在重金属乐队演出现场对你说悄悄话一样。虽然工程师想了很多办法降低“乐队”和“周围观众”的音量，但你还是只能靠半听半猜来理解女友的意思。
另一种技术叫“事件相关电位”。当人发现某个事件时，其脑电波的特定位置会出现电压变化，其中有一种代号为P300的“内源性事件相关电位成分”，会在人对外界刺激做出反应时出现。
目前已有科技企业在研发通过P300电位成分信号控制轮椅机器人，在无需开颅手术的情况下帮助瘫痪者获得部分生活自理能力。其具体做法是在电动轮椅上安装一个机械臂和必要的传感器，当某人坐上去并戴上电极之后，其眼前的显示屏会出现涵盖四周环境的地图，图上标有“厨房”，“客厅”等字样，所有房间字样会快速依次闪烁。如果你想去厨房，那么就盯着地图上厨房的位置看。这样，每当厨房闪烁时，计算机就能检测到人脑部的P300信号。如此重复几次后，计算机就能通过分析图片闪烁和P300信号出现之间的时间差，确定你选择的是厨房而不是客厅，并让电动轮椅避开障碍自动到达厨房。
到了厨房后，显示屏上会出现“开冰箱”、“倒水”、“拿面包”之类的选项并轮流闪烁，而你就可以进一步选择，让机械臂完成行动。这种方式可能会让人的生活变得像日式恋爱电子游戏那样充斥选择题——不知道是好事还是坏事。
脑机接口技术还有一些其他应用：有人将脑电图电极做成头带，监控和分析睡眠状态，帮助提升睡眠质量；有人用光照射前额并通过“脑机接口”获取大脑血氧浓度水平，辅助治疗“小儿多动症”等。当然，最让大家期待的肯定还是既不用开颅手术，又能让周围物体“执行我意念”的“杀手级”应用。
（本文作者为科普作家）
这不是哈利·波特念的“飞行咒”。做到同样不可思议的事，哈利靠魔法，麻瓜有科技（麻瓜即不会魔法者）。
在今年1月美国拉斯维加斯消费电子展上，一款用“意念”控制的飞行球玩具Puzzlebox Orbit，引起媒体广泛关注。各路记者纷纷上前试用：戴上脑电波耳机，集中注意力——飞行球升空了！
麻瓜脑电生魔法
正如英国科幻大师阿瑟·克拉克所言，“任何足够先进的技术，初看都与魔法无异”。意念控制正是这样一种技术。
用意念控制物体当然不是魔法，而是实实在在的现代科技。还记得医院里的脑电图吗？它能用来观察睡眠是否紊乱，诊断癫痫、昏迷和脑死亡，意念控制用的也是相同原理。
意念控制的更准确称呼应该是“脑电波控制”，用人的脑电波状态作为控制动作的发起方。大脑由神经元组成，神经元上存储着正电荷或负电荷，电荷的多少被转运蛋白上携带的离子不断改变，神经元也因此不断对外“放电”。
当许多同一方向的神经元同时放电时，它们会推动邻近的神经元也放电，继而推动下一级神经元放电……如此往复。当这些电荷到达头皮时，会改变事先紧贴头皮设置的电极上的电荷。如果头上有两个或更多的电极，那么电极间就会产生电势差，这个电势差就是医生检测到的脑电波。
在用意念控制航模类飞行器之前，玩家需戴上特制的脑电波耳机。这种耳机有两个电极，一个贴在前额上，一个夹在耳垂上，这两个电极间的电势“差值”就是脑电波。脑电波信号经过耳机里的芯片处理后，得出反映大脑活跃程度的指标——“注意力集中度”。脑电波耳机通过蓝牙无线通信把“注意力集中度”传到智能手机上，用一个app第三方应用程序将其转换成控制指令，再通过接在耳机口上的红外发射器操控飞行球、直升机航模等特制飞行器的起飞和空中动作。
“脑机接口”新人生
所谓“注意力集中度”，即指向电极所在位置的所有神经元活动的总和。如果说大脑里的神经元是地球人，那么通过脑电波传感器观察神经元活动的“我们”就好比在太空中观察人类活动的外星人。大脑“注意力集中”时，就相当于全球所有人彻夜不眠开派对，外星人在高空UFO上只能感觉到整个地球都闹哄哄的，但听不清哪个人在说什么。“注意力分散”就相当于全球所有人都不分昼夜睡懒觉，外星人就会觉得地球很安静。
而脑电波耳机能将读取到的脑电波通过频谱分析，转换成0至255之间的整数，数字越大表示“注意力”越集中。因此，当操控者聚精会神想“起飞”时，由耳机传出的关注指标就会启动指令，让飞行器“依令”升空。一旦注意力分散，飞行器就会降落。
这类由注意力控制的飞行器是“脑机接口”领域最简单的应用。“脑机接口”一词包括大脑与计算机直接交流的所有通道，除了脑电图以外，还有“功能性核磁共振成像”、人工耳蜗等等。
由于脑机接口研究目前仍处于非常初级的阶段，所以其应用还无法做到既简便又准确。好消息是，在宾夕法尼亚大学医学中心让猴子通过意念控制机械臂，抓了几年香蕉之后，美国高位截瘫患者蒂姆·赫姆斯在2011年成功用意念控制机械臂，握住了女友的手。
在网上流传的两段瘫痪者通过意念控制机械臂给自己喂饭的视频中，患者都通过开颅手术在大脑中植入了96个电极。这样一来，能够提供给计算机的原始脑电波信号就比较准确，经过演练的计算机程序就能分辨某人想像“往左移动”和“抓取那块巧克力”之间的区别。由于这几位志愿者都获得了一定程度的生活自理能力，宾夕法尼亚大学的研究者正准备让这项技术进入临床试验，争取早日让有一定经济条件的高位截瘫者先用上。
无创电极锐应用
如果不想做开颅手术，那么还有两种相对简易的技术可以考虑：一种是无创的脑电波技术——在头皮表面贴上许多电极，电极和头皮之间还要灌注导电硅胶以确保良好的电气连接。然后通过演练，让计算机熟悉某人的不同想象，比如用左手还是右手、坐下、站立等，并找到与之对应的脑电波区别。
德国柏林自由大学的人工智能教授劳尔·罗雅斯将这一技术与自动驾驶技术相结合，于2011年2月举行了“意念驾车秀”。在“秀”之前，驾驶员须对车载计算机进行“训练”，使它的“识别算法”适应驾驶员的想象模式。对于控制一辆能自动驾驶的车来说，车载计算机只需熟悉“前进、左转、右转、刹车”这四个想象模式就够了。
要“秀”了！驾驶员在车内戴上脑电波传感器，想象“推”，计算机将该意念识别为“前进”，并转换成控制信号，汽车便自动前行了。同理，想象“左”的时候，汽车会选择最近的路口左转。至于汽车如何避开行人，怎样判断何时转弯、什么情况下不行，均由装有激光雷达等避障传感器的自动驾驶系统完成。
但无创脑电波技术也面临一个难题：由于穿过颅骨到达头皮的脑电波信号极其微弱，所以非常容易受外界环境干扰。在50赫兹交流电的办公环境里用这种方式采集脑电波，就像你的女友在重金属乐队演出现场对你说悄悄话一样。虽然工程师想了很多办法降低“乐队”和“周围观众”的音量，但你还是只能靠半听半猜来理解女友的意思。
另一种技术叫“事件相关电位”。当人发现某个事件时，其脑电波的特定位置会出现电压变化，其中有一种代号为P300的“内源性事件相关电位成分”，会在人对外界刺激做出反应时出现。
目前已有科技企业在研发通过P300电位成分信号控制轮椅机器人，在无需开颅手术的情况下帮助瘫痪者获得部分生活自理能力。其具体做法是在电动轮椅上安装一个机械臂和必要的传感器，当某人坐上去并戴上电极之后，其眼前的显示屏会出现涵盖四周环境的地图，图上标有“厨房”，“客厅”等字样，所有房间字样会快速依次闪烁。如果你想去厨房，那么就盯着地图上厨房的位置看。这样，每当厨房闪烁时，计算机就能检测到人脑部的P300信号。如此重复几次后，计算机就能通过分析图片闪烁和P300信号出现之间的时间差，确定你选择的是厨房而不是客厅，并让电动轮椅避开障碍自动到达厨房。
到了厨房后，显示屏上会出现“开冰箱”、“倒水”、“拿面包”之类的选项并轮流闪烁，而你就可以进一步选择，让机械臂完成行动。这种方式可能会让人的生活变得像日式恋爱电子游戏那样充斥选择题——不知道是好事还是坏事。
脑机接口技术还有一些其他应用：有人将脑电图电极做成头带，监控和分析睡眠状态，帮助提升睡眠质量；有人用光照射前额并通过“脑机接口”获取大脑血氧浓度水平，辅助治疗“小儿多动症”等。当然，最让大家期待的肯定还是既不用开颅手术，又能让周围物体“执行我意念”的“杀手级”应用。
（本文作者为科普作家）