从脑电波的变化中读取用户的意愿,将其用于日常生活及企业活动的研究正在进行。由于分析精度提高,可以准确地把握人类的细微情绪变化。让轮椅移动到想去的地方、将味觉可视化,等等,用途在不断扩大。
用意念力移动物体、读懂他人心思的“读心术”,这些以前只存在于科幻小说中的能力,正逐渐被人类获得。开辟出这一道路的,就是近年来快速进步的脑电波分析技术。
人脑内有无数微弱的电信号源源不断地流向各个方向。将这种电流用电极记录下来就是脑电波,脑电波可根据频率分成四大类,分别是睡眠时出现的“δ波”(0.4~4Hz)、心绪极为平静时出现的“θ波”(4~6Hz)、身体放松时出现的“α波”(7~14Hz)和脑部处于活跃状态时出现的“β波”(14~26Hz)。
当人类专注于某件事情,或者对某事很感兴趣以及感到紧张时,出现的脑电波由多个频带组成。将脑电波图形化,可细致地判断人的精神状态,并将结果应用于人们的生活及企业活动,相关研究正在稳步推进。
研究活跃的领域之一是“动作辅助”。由测得的脑电波的特征,来判断用户想做什么,并按照此意图操作设备。这种技术也被称为“BMI”(Brain
Machine Interface,脑机接口)。日本国际电气通信基础技术研究所(简称ATR)就打算利用这种原理辅助残障人士的动作。
ATR在NTT、岛津制作所、积水建房、庆应义塾大学的协助下,从2011年开始开发具有可让残障人士在自己家中自由生活的系统的住宅。设想的是乘坐轮椅的用户,打算以2020年前后为目标,使日常生活中必不可少的4个动作达到实用水平。
让轮椅按意愿移动
BMI的原理如下。首先,用户要佩戴能检测脑电波以及在脑部血液中流动的血红蛋白量等的头盔式传感器。该传感器检测到的信息会以无线方式发送给设置在BMI住宅内的服务器进行分析。如果分析结果是“想打开电视”,服务器就会将结果传达给同样设置在BMI住宅内的控制装置,由控制装置打开电视机。
在BMI住宅内可实现的4个动作中,“想打开电视机或空调等家电的电源”的动作是通过检测血液中的血红蛋白的流动及流量并进行分析获得的结果。“加上对血红蛋白的变化的分析,会比只分析脑电波需要更长时间,但可以高精度判断人的感情”(ATR动态脑成像研究室室长须山敬之)。
想打开电视机时,人会这么想着并朝着电视机方向伸出手。对脑电波及血红蛋白的流动进行分析就可察觉这一动作。以前,用户脑内的意念若不够强,就无法打开电源,但经过反复研究,改进了系统,只要在伸出胳膊的同时脑中想着要打开电源就能实现。精度约为80%。伸出手臂后约17秒就能打开电源。
第二个动作是“喝水”。设想面向手脚都有残疾的用户,还可以为用户安装帮助手部移动的辅助装置。
佩戴在头部的传感器检测到用户的意图后,BMI住宅内的控制装置就会启动,驱动轮椅到水龙头前。然后安装在手臂上的辅助装置就会启动。先把水杯放到手上,再把手伸向水龙头,将水龙头自动流出的水接入杯中,并放到用户嘴边。这一系列动作全部可以自动进行。
本来,最为理想的效果是用户一想到“要喝水”就能开始动作。但目前的技术还很难达到这种效果,因此ATR的设计是,准备好设备之后,用户一想到“要移动手部”,动作就会开始。
第三个动作是将人从轮椅转移到床上。这时不是在动作上提供帮助,而是根据被护理人的脑电波变化准确掌握其意愿。起到关键作用的是设置在床内侧的球形照明灯。如果被护理人感到舒服,照明灯会发出蓝光,如果不舒服的感觉强烈,照明灯就会变成红色。
据称,被护理者通常会觉得太麻烦别人,即使有些不舒服也会忍耐。ATR等希望在被护理者即使不说的情况下,也能让护理者准确把握被护理人的感觉,从而能及时解除不舒服的状态。
最后一个动作是“让轮椅往想去的方向移动”。虽然以分析大脑内部的变化来使轮椅移动的原理相同,但由于轮椅要去的方向范围较大,因此系统的构建需要花费一番工夫。
ATR采用了类似于“密码”的机制,相应于想去的目标位置,来更改用户脑中出现的内容。比如,当轮椅位于门前时,用户一想到“抬右手”,就会向厨房移动,一想到“抬左手”,就会去电视机前等。通过预先编好这样的“程序”,使满足用户的意图变得容易。
根据心情播放最合适的乐曲
日本电通的子公司、以科学领域的业务化为目的开展研究的电通Sciencejam公司(东京都港区)开发的“mico”,可以根据佩戴耳机的用户的心情播放最合适的乐曲。由带脑电波传感器的耳机和智能手机的APP构成。据介绍,试制品已经开发完成,只要有业务合作伙伴,马上就能产品化。
原型品目前已经输入了约100首乐曲。在实证实验中,先让40名实验对象聆听了所有乐曲,并根据人的脑部对每首曲子发生的反应,将乐曲分成了几大类。然后,用户一戴上耳机,就会自动测量脑电波并利用APP进行分析,然后会选择最接近脑电波图形的乐曲播放。当判断用户心情愉快时,会播放节奏欢快的曲子,当判断用户心情悲伤时,会播放慢节奏的曲子。庆应义塾大学副教授满仓靖惠利用过去17年内测量的脑电波数据,开发出了选曲的算法。
电通Sciencejam与满仓副教授组成的团队还开发出了一款名叫“感性分析器”的企业用设备。该产品可以根据脑电波来推测人类的“感兴趣”、“喜欢”、“紧张”、“专注”、“平静”五种情绪。
运用了感性分析器的企业有很多。普利司通一直在坚持开发“长时间行驶也不易疲劳的轮胎”,在测试试制品性能的实证实验中使用了感性分析器。并利用分析结果,开发出了新商品“Playz
PX系列”,已于2016年2月上市。
日本的意式餐厅连锁店萨莉亚(Saizeriya)也从2013年开始为店铺的工作人员配备感性分析器,用以提高店铺的装修品味和服务。该公司还在其千叶工厂采用了原东京工业大学教授、日本脑机能研究所会长武者利光开发的脑电波传感器。让兼职员工戴着脑电波仪试吃肉菜,与市售调味酱的味道相比较,以判定感觉哪个味道更好。并将判断结果用于菜肴味道的改善。
今后的课题是实现脑电波传感器的小型轻量化。目前的主流脑电波仪都是把电极按在头皮上测量,因此佩戴时不舒服且负担较大。
大阪大学教授关谷毅开发的片状传感器解决了这一课题,只要像发烧时使用的“降温贴”那样贴在额头上,即可轻松测量脑电波。关谷希望首先在痴呆症及小儿发育性障碍等脑部疾病的诊断及早期发现方面发挥作用。
如果脑电波传感器的小型轻量化研究进一步取得进展,在此前介绍的残障人士生活辅助及企业用途上,使用起来将更加方便,从而使脑电波分析技术的用途也随之不断扩大。(记者:须永太一朗,《日经商务周刊》)
来源:日经技术在线
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