脑电波：让你拥有读心术、意念控制术？
作者：韩飞（中国科学院上海植物生理生态研究所）
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先说一位超级英雄，《X战警》中的X教授，他有以下几项超能力：
①无需肢体接触就能读取别人的思想，即“读心术”；②在一定半径范围内，在人脑中制造幻想，即“思想传输”；③借助脑波强化机，控制任何大脑，即“摄心术”。
好消息是：目前脑科学家和人工智能专家，已经把X教授的前两项超能力变成了真事！虽然效果上差了许多，但意义重大。
这些主要是通过脑电波实现的，具体怎么做的呢，让我们从头说起。
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人类主要靠语言交流思想，这比动植物间的交流高级得多、有效率得多。
文字则是另一大发明，它让人类可以把思想传递下去。
但二者有一个共同的缺点：信息传送时往往牺牲了准确度。
我口言我心，我手写我心，对大多数人都是极难的。特别是交流比较抽象的思想，或者更细腻的思想，比如：“我现在的感觉，就像是在下过雪的午后，跟暗恋的姑娘并排走在田野上，眼望着周围慢慢化掉的雪，脸上吹来一阵凉凉的但没有那么冷的风的那种感觉”。
结果，人们既难以用语言来表达内心深处最真实而细腻的思想，也很难听懂别人讲述的最细腻而真实的想法。
为了便于交流，非洲一些部落迄今仍广泛使用鼓语。
有事要宣布，或者喊孩子爸爸回家吃饭，或者生了一个大胖小子，高兴着呢，又或者给隔壁的卷发小黑妞讲一个荤笑话吧，都可以操起手鼓，成套大段地“说”起来。
又因为，鼓能发出的音调实在有限，必须敲击出大量限定词，才能表达一个超简单的意思。
比如，“你别瞎操心了”，用鼓语敲击出来就成了：“把你的心从嗓子眼放回原处吧，你的心已经提到了嗓子眼了，现在把它放回原处吧！”
有意思的是，部落的人都能听懂，噢，就是让我别瞎操心的意思。
这种通过信息冗余来修正信息准确度的法子很管用。须知，信息是不确定性的量度，而冗余消灭了不确定性，那就是有价值的。
所以，有的人啰嗦，部分原因是他表达能力实在欠缺，或者表达的思想太过复杂，他没有办法删繁就简、深入浅出，只能通过信息冗余来帮忙。至于大师或领袖一语道破真谛，一字点透苍生，那都是大本领，一般人是做不到的。
如果不用说、不用写，只需想一想，对方就知道我的意思，该多酷！
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通过脑电波，就能读心。
人类大脑是带电的！
想象一下，你看见霞光、听见狮吼、闻见茉莉花香、用手指抚摸恋人的额头，这些动作要想在大脑产生“知觉”，必须先转变成电信号，然后电光火花沿着长长的神经纤维，一路传递到神经中枢。
黑暗森林一般密布的神经纤维上，电火花此起彼伏，整个大脑皮层就像充满闪电的天空。支持你现在想象的，就是其中一束闪电。如果你“看见”了这一切，感觉到了愉悦，那你大脑海马体的灰白质区域，也会冉冉升起一簇电火花，然后转瞬即逝。
最早发现脑电活动的，是英国利物浦皇家医院一个叫Caton的年轻人。那是1875年，大清光绪元年，他在黑猩猩和和狗的大脑上都记录到了“电火花运动”。小伙子很兴奋，写了一篇名为《脑灰质电现象之研究》的论文，但可惜没人理睬他。
直到半个多世纪后，1929年，德国人Berger才真正记录到人类的脑电波，并制作了第一张人脑脑电图。从此，几乎所有的文献都只提Berger，而没人想到Caton，科研界有时就是这么残酷。
这时科学家发现，原来脑电波，Electroencephalogram，EEG，就是一种非常弱的生物电，可以把它理解成大脑的电器性震动，这些震动的频率主要在每秒1-30次之间。
脑电波此起彼伏，非常非常多，科学家心想把你们分成几个大类吧，这项工作很容易。于是，根据每秒震动次数的高低，成年人脑电波被分成了5大类：
有意思的是，脑电波的种类随着人的身体状态和生理年龄变化不一。
比如，δ波（1-4 Hz）对应深度睡眠状态，婴儿或醉酒的成年人的大脑中也有这种波。θ波（4-7 Hz）则对应放空冥想状态，青少年以及受挫折或抑郁的成年人大脑中，主要是这种波。α波（8-12 Hz）对应平静放松的状态，是正常人脑电波的基本节律。β波（12-25 Hz）则对应思考和解决问题的状态；γ波（＞15 Hz）则对应一些病理状态。
一个很奇怪的发现是，人在死亡后脑电波仍会继续存在一小段时间。之前研究者认为这个时间大致在一分钟左右，主要是类似深度睡眠时的δ波，但今年加拿大的医生发现一名患者，在宣布死亡并撤去生命维持系统后，脑电波仍存在了10分钟38秒！
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采集脑电波很简单，在头皮上放一个金属电极，可以再加一个放大器，也可以把微电极植入到颅骨内部，目前市面上的商用采集器已经做得很小巧且美观。
但问题是信息噪声太严重了！
人类大脑有大约860亿个神经元，可想而知它们活动时对外发射的脑电波该有多嘈杂。而且，脑电波引起的电压变化是微伏数量级的，非常容易受干扰，特别是入门级的商用感应器，头发长了不行，粉底涂厚了也不行，手机不小心从旁边晃一下也不行……
所以，在一些偏临床科研和医疗方面，科学家更倾向于用核磁共振来代替脑电波，或者二者结合起来，对大脑进行观察和研究，比如监控睡眠，诊断癫痫、脑中风、脑炎或脑瘤等等。
但在其他方面，脑电波还是很有用武之地的。
比如，通信专家早已尝试把脑电波用在生物识别上，北京邮电大学多年来一直在研究这个。
而人工智能专家则最关心两方面的应用：
①如果把脑电波的复杂波形转换成数字，是不是就可以解读、传输其中的信息呢？读心术与思想传输不就成真了？
②最起码，可以用转换来的数字信号，去控制一些电子设备吧？
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第一个方面的应用很难，主要是脑电波很难“破解”，假如它真存在某种算法的话。
所以，目前对脑电波的解码，基本上类似于一种匹配法。
2010年，美国犹他大学的团队往实验者颅骨下植入了16个微小电极，然后让他重复阅读10个单词，分别把对应的脑电波记下来，然后找出每个单词对应的脑电波。等匹配工作完成后，研究人员面对某个单一信号，就可以猜出来实验者想的是什么单词了，准确率在76-90%之间，但当同时面对10个脑信号时，准确率一下骤降到了28%左右。
2013年，华盛顿大学的团队还成功在两个志愿者之间，传输了一些简单的脑电波信号，二人共同完成了一款单人射击游戏。
文娱方面，2011年，日本Neurowear公司开发上市了一款基于脑电波的可穿戴产品，叫Necomimi，通过感应器扫描脑电波，它可把信息传递到终端，最后猫耳朵便会在佩戴者精力集中时竖起来，在放松时耷拉下来。2015年，优衣库推出了一项名为UMood的黑科技。消费者坐在正对大屏幕的椅子上，戴上设备，便可在仪器的帮助下找到自己最喜欢的T-shirt。
同一年，Facebook创始人扎克伯格决定成立一个神秘的硬件研发部门，专注研究不需要植入电极的人脑-电脑交互技术，目的就是希望有一天，“当你思考某事时，如果你愿意，你的朋友就能立即知道你的想法，同你产生心灵感应，这才是终极的沟通技术。”
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第二个方面，即意念控制上的应用相对简单，实验室和VR/AR市场上的产品都非常多。
2007年，美国罗德岛布朗大学的团队，给高位截瘫的患者大脑内植入了一块电子芯片。经过刻苦训练后，患者的思想可以破解成数字信号，后者可向设备发出指令。最终，患者可轻松用意念收发邮件、玩游戏、给电视机换台等等。
2015年，美国加州大学的医生，给一名28岁瘫痪5年的男子设计了一顶可捕捉脑电波的帽子，计算机程序把他的脑电波破解、分离出控制腿部活动的部分，然后再把信号发送出去，让相应仪器刺激腿部肌肉，这样他就能“行走”了！
电影《奇异博士》中有类似的情节，一名蓝领瘫痪后，纯靠意念重新恢复了正常行动能力，甚至可以打篮球，1vs1斗牛。
我国某大学脑机协同信息处理实验里，佩戴脑电帽的实验员，可以凭“意念”指挥桌子上的机器人，使其做出向左、向右、转头、走路和抓取等动作。
其他还有脑意念球，脑控直升飞机等等，原理都很初级：人的大脑对信号处理器来说，就是一个可以发出上下左右旋转跳跃的游戏手柄，一切“意念操控”都是建立在这几个简单操作的组合之上的。
总之，脑电波的应用一旦成熟，还是相当酷的。想象一下未来吧：
朋友在卢浮宫旅行，忽然看到一幅枫林白露的油画，激动之余好想与你分享一下她的感受。只要你愿意，你就能接受一下对方的思想，噢，原来是如此这般，这般如此。甚至，有一天人类的记忆和思想可以像文字一样储存起来，未来人们便能感受到原来过去的世界，竟如此精彩！
参考文献：
1, Hubbard BP et al., Evidence for a Common Mechanism of SIRT1 Regulation by Allosteric Activators，Science, 2013.
2, Daniel W. Belsky et al., Quantification of biological aging in young adults, PNAS, 2015.
（文章首发于科学大院，中科院上海植生生态所供稿，转载请联系cas@cnic.cn）
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