浙江大學分營：腦電波的奧秘

趙愛軍 沈義民

2019年高?？茖W營浙江大學分營于7月18—24日舉辦，為營員安排了豐富的活動，既有學者、教授講述自己對科學研究的思考和對夢想的執(zhí)著追求，也有浙大的學姐、學長分享他們的學習收獲與成長，分營還為營員安排了電工電子、工程訓練、農(nóng)業(yè)生物、機械工程、虛擬仿生、卓越工程師培養(yǎng)與學生創(chuàng)新實踐基地等18個基地與國家級重點實驗室參觀和動手實踐項目。營員在1周時間里體驗到了濃郁的人文氣息和學術氛圍，收獲滿滿，高?？茖W營成為大家“科學夢”開始的地方。其中，“腦電波的奧秘”特色活動使營員對腦電波的認識從模糊到清晰，從想象到具體，完善了他們對于人工智能的認知。

活動簡介

浙江大學生物醫(yī)學工程與儀器科學學院（簡稱生儀學院）位于浙江大學玉泉校區(qū)，學院秉承“以學生為本，重素質(zhì)，求創(chuàng)新”的辦學理念，致力于學生創(chuàng)新能力和自我發(fā)展素質(zhì)的培養(yǎng)，精心塑造能夠運用自然科學和現(xiàn)代技術手段解決人類健康領域中關鍵問題的交叉復合型人才和系統(tǒng)掌握電子信息技術基礎理論及工程能力的高級人才，是我國培養(yǎng)生物醫(yī)學工程與儀器科學領域高級人才的重要基地。

生儀學院的Cookie創(chuàng)客空間總占地面積600平方米，主要面向以智能硬件技術和嵌入式人工智能為核心競爭力的創(chuàng)新團隊，為學生提供創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)“四創(chuàng)融合”的教育平臺。創(chuàng)客空間分為制作區(qū)、加工區(qū)、展示區(qū)、會議區(qū)和討論區(qū)，不但為創(chuàng)客提供了國內(nèi)領先的全套硬件調(diào)試儀器、工具和元件，更為創(chuàng)客提供了集合全浙大智能硬件創(chuàng)客人才的高質(zhì)量交流平臺，打造出了“談笑有鴻儒，輕松出創(chuàng)意”的意境，讓創(chuàng)客可以在交流中不斷提升，在思維的碰撞與靈感的迸現(xiàn)中感受創(chuàng)新的魅力與樂趣。

“腦電波的奧秘”特色活動就是在Cookie創(chuàng)客空間進行的?！澳X電波體驗平臺”是Cookie創(chuàng)客空間為創(chuàng)新團隊提供的腦電采集和體驗設備。通過腦電控制原理介紹、腦電的4個波段和大腦狀態(tài)實時信號圖、腦電星空和意念賽車這4個寓教于樂的體驗環(huán)節(jié)，揭示腦電波的奧秘。腦電波信號檢測技術目前還處于起步階段，通過體驗可以激發(fā)學生探索的欲望。如何能讓探頭的精度更高？如何能提取到真正與大腦功能有關的信號？對腦電波的研究怎樣才能更好地造福人類的生活？

體驗項目

腦電波原理視頻介紹

教師通過視頻向營員介紹腦電波的基礎知識，用淺顯的語言揭示腦電波的奧秘，為下一步深入體驗打下基礎。

意念移物？意念控制？這不是科幻片里才有的場景嗎？大家有沒有想過有一天我們只需要動動腦子就能操控物體呢？隨著科技的進步，你也可以做到！意念控制看似很神秘，其實原理非常簡單。就是通過采集微弱的腦電波信號分析出你在想什么。

人體由很多細胞組成，每個細胞只要工作就會產(chǎn)生電流?？茖W家研究發(fā)現(xiàn)，僅僅我們的大腦皮層就有100多億個神經(jīng)元細胞，大腦在活動時，腦皮質(zhì)細胞群之間形成電位差，從而在大腦皮質(zhì)的細胞外產(chǎn)生電流。每個神經(jīng)細胞都像一個小小“發(fā)電站”，只要我們一思考，小發(fā)電站就勤奮地工作產(chǎn)生電能，匯集在一起就形成了腦電波。雖然有上百億個小電站一起工作，但電流還是非常非常的微弱，我們在日常生活中感覺不到它的存在。

不過，微弱的腦電卻難逃科學家的法眼。早在1857年，英國科學家就記錄到了腦電活動。經(jīng)過100多年的研究，人們對它的認識越來越深入。在腦電波研究中，根據(jù)波的頻率不同分為4個波段，分別是δ（1 3 Hz）、θ（4 8 Hz）、α（8 13 Hz）、β（14 30 Hz）。不同波段腦波的能量值代表大腦所處的狀態(tài)不同。

大腦在思考不同事情時每個區(qū)域的腦電信號強度也不同，通過專門的設備采集腦電信號，根據(jù)活躍區(qū)域、頻率信息、信號強度等信息可以判斷被采集者的想法和注意力集中情況，這樣就可以在實際中應用了。腦電設備有著廣闊的發(fā)展前景，或許有一天，我們可以拋開各種繁瑣的遙控設備，只要腦袋想一想，一切操作皆可實現(xiàn)。

腦電的4個波段和大腦狀態(tài)實時信號圖

通過佩戴一個小巧輕便的頭環(huán)，佩戴者的腦電波動態(tài)會一覽無余地出現(xiàn)在屏幕上。通過分析大腦4個波段（α、β、δ、θ）的能量值，儀器可以判斷大腦的專注度和放松度，能分析出佩戴者什么時候注意力不集中，什么時候?qū)Ｐ闹轮?、效率更高?/p>

腦電星空

營員首先選擇自己的星座，然后佩戴上一個可以采集分析腦電波的頭環(huán)，當營員注意力越專注時就有越多星座中的星星被點亮。營員嘗試集中注意力，直至點亮所有的星星。

意念賽車

如何用意念驅(qū)動賽車？原理其實很簡單：通過便攜式額前干電極腦電采集設備采集到人體腦電波，將腦電波信號放大、濾波、除噪后進行模式分析判斷人的注意力值。每個人的專注力不同，采集器會將腦電波的波動轉(zhuǎn)化為從0 99的數(shù)值，數(shù)值越高，說明專注力越高。經(jīng)過處理后的腦電波通過無線藍牙設備發(fā)送至軌道賽車控制器，通過注意力值的大小控制軌道賽車供電電壓，實現(xiàn)賽車速度快慢的控制，專注力越高賽車跑得也越快。意念賽車體驗活動極大地激發(fā)了營員的興趣，他們還進行了兩兩比賽，看誰的專注力更集中。

“我們首先參觀的是生儀學院Cookie創(chuàng)客空間，開始我還好奇為什么創(chuàng)客空間會在生儀學院，當聽到老師介紹腦電波控制技術時，我才找到了二者之間的聯(lián)系。很新奇的是，我們親身體驗了用腦電波控制賽車運動，原理也并不復雜，就是大腦在專注時會產(chǎn)生一種腦電波，傳感器根據(jù)腦電波調(diào)整賽道電壓，所以越專注賽車就行駛得越快。腦電波控制技術真的讓我們很受震撼，曾經(jīng)在科幻片里看到的場景居然真的可以實現(xiàn)，那未來是不是可以通過腦電波駕駛車輛，控制一切生活中的活動呢？我們的生活會發(fā)生怎樣天翻地覆的變化？人類發(fā)展的軌跡又會怎樣？在今天的參觀和體驗中，我不僅學到了很多腦電波、自動化控制、地質(zhì)學等方面的知識，而且體會到了浙大人的家國情懷，他們不僅對所學的專業(yè)和所研究的課題有超乎尋常的熱情，而且都有著為國家強大獻一份力的精神。”

——浙江大學分營營員 鄭吾幼■