无需任何操作，通过BMI（脑机接口）就能像自己的手脚一样操纵机器

通过传感器与AI的融合，构建人与机器的新关系

无需任何操作，通过BMI（脑机接口）就能像自己的手脚一样操纵机器

2023/01/31

通过传感器与AI的融合，构建人与机器的新关系

传感器

AI

随着各种机器和机器人的发展，我们已经可以轻松地完成靠人类的肌肉力量和运动能力无法应对的操作。另外，随着传感器和AI等信息处理技术的进步，超越人类五感的感知能力也开始得到了活用。想要人们能够自由自在地灵活使用通过这些机器实现的扩展能力，就需要一些能让机器和人的关系更加密切的其他技术。

图1　检测大脑活动，自由操纵机器

读取大脑活动，创造先进的HMI（人机接口）

人在操作机器时，连接两者的接口叫做人机接口（Human Machine Interface，HMI）。对汽车而言就是方向盘和踏板，对电脑而言就是键盘和鼠标，对智能手机而言就是触摸屏，把这些接口当作HMI，就可以操纵机器。最近，语音识别技术得到发展，就像AI扬声器一样，已经能把自然语言作为HMI来操纵机器。另外，如果把已经在游戏等方面实用化的虚拟现实（Virtual Reality：VR）技术加以活用，就可以一边感受临场感和实体感，一边体验用电脑制作出的虚拟世界里的事物。人和机器的关系，因技术的进步正在稳步缩小距离。

但是，在现有的HMI中，要将大脑中思考的动作和操作传达给机器，则需要相应的技能。就如同赛车手和巴士司机一样，需要花费很长时间进行训练，才能像控制自己的手脚一样自由地控制车辆。另外，如果通过方向盘等工具操作机器，无论如何操作都会产生微小的延迟。想要实现人和机器仿佛融合在一起似的操作感，就需要更能缩短两者距离的技术。

那么，人类和机器之间的距离未来会缩小到什么程度呢？现在正在开发一项可以称之为“HMI的先进形态”的技术，它可以像自己的手脚一样无意识地操作机器。这就是被称之为BMI（Brain Machine Interface，脑机接口）的技术（图1）。BMI的一部分应用已经发展到可以实用化的阶段。下面为大家介绍BMI的发展趋势及其影响力。

通过传感技术和信息处理技术的发展，将大脑所想之事可视化

用于检测大脑活动的传感技术，以及解析（解码）大脑活动状况的信息处理技术的开发日趋活跃（图2）。并且，高端的BMI正逐渐得以实现。

图2　通过传感技术和信息处理技术的发展，实现BMI

过去，想要调查大脑活动，需要使用大规模的医疗仪器来测量脑波的变化及其在大脑中的分布。脑波是指将构成大脑的神经细胞的突起所产生的电位，从头皮表层等记录下来的微小电信号。要准确测量脑波，需要使用12个以上记录脑波用的元件，来精密测量几微伏的电位变动。

近年来，无创且准确读取脑波的传感技术得到迅速发展，已无需实施将电极植入大脑之类的外科性措施。由于脑波是通过微伏这种微小电压的变动来进行观测，所以会受到肌肉产生的肌电噪声和周边环境的电磁波的影响，难以正确测量。随着去除噪音技术的发展，现在已经可以使用小型传感器进行高精度的脑波测量。

除了读取微小电位变动的方法以外，还有测量伴随大脑活动产生的磁场的方法，以及在头部照射近红外光，通过检测光的散射和反射情况来推测脑内血流量变化的技术等方面，传感器的小型化和高精度化也在不断发展。另外，一种叫做“fMRI（功能性磁共振成像装置）”*1的技术也逐渐得到利用。fMRI可以高度精准地确定出大脑中的活跃部位，能测量出更加详细的大脑活动状况。根据不同目的区分使用这些技术，就可以从多方面了解到大脑活动的情况。

*1　fMRI（functional magnetic resonance imaging，功能性磁共振成像装置）是测量脑内流动血液中的脱氧血红蛋白产生的电磁波，检测脑内任意部位的活动的技术。

另外，解析（解码）脑波等反映大脑活动的生物信息的技术也正在不断发展，已经可以将人们所看和所听到的认知信息可视化。目前该技术已经发展到的阶段是，只要收集到准确的大脑活动信息并充分解析，就可以从大脑的活动信息中，将睡眠中看的梦里的内容和人们用眼睛看的映像，模糊显示在监视器上。另外，还可以判定喜怒哀乐等精神状态以及对所学之事的理解程度。

近年来，深度学习（Deep Learning）作为人工智能（AI）的主干技术，开始被活用于各种领域。根据深度学习的理论，准确地将脑功能模型化，明确了解到脑细胞活动和人脑各部分是如何一边相互关联一边工作的，并且解析精度正迅速提高。

从娱乐到福利和教育，BMI的应用领域广泛

现在测量大脑活动已经变得相对简单，因此人们正在尝试将测量获得的信息应用于各种用途。

例如，利用脑波传感器，可以判断人的注意力集中程度以及放松的状态。具备该功能的耳机已经实用化。并且还可以制作成游戏等，使登场人物的动作和故事发展能根据人们的精神状态发生变化。如果娱乐内容让观众和玩家感到厌倦则会失去意义。但是，无论多么有趣的内容，也会有人感到无聊。因此，如果能提供根据每个人的精神状态，用各种方法唤起人们感动的内容，一定会让所有人感到满意。

另外，还有一种活用BMI的举措，就是通过机器支援残障人士的生活。从脑波中辨别数百种信息的装置已经实用化，该装置作为说话和写字有困难的重度运动障碍者的一种交流手段，其活用方式备受期待。通过活用BMI，能像真正的手脚一样操纵假手和假肢，这个时代的到来也许已经不太遥远。

此外，还有一个正在实施的举措是，检测出大脑对于人受到的刺激所做出的反应，并应用在高效的教育和训练中，以提高学习效果。解析出大脑是如何听取和区分英语会话的语音，再将其反馈给学习者，通过这个方法，目前正在开发可在短时间内提高英语听力能力的系统等。

BMI是将人与机器的距离缩小到极限，并将两者进行融合的一项不可或缺的技术。如果得到发展，人们就能像操纵自己的手脚一样，自由操纵巨大的机器、微小的机器、放置在远方或危险场所的机器以及具有高度计算能力的计算机等。BMI一定会成为扩展人类的可能性和支撑未来的技术。审核编辑 黄宇