連接人腦和計(jì)算機(jī)的計(jì)算鬼成像架構(gòu)

　　文/陳根

　　日前，英國(guó)格拉斯哥大學(xué)物理學(xué)博士生王高，提出了一種連接人腦和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單計(jì)算鬼成像(Computational Ghost Imaging, CGI)的架構(gòu)。其相關(guān)論文《用人腦進(jìn)行計(jì)算鬼成像》(Computational Ghost Imaging with the Human Brain)已經(jīng)發(fā)表在Intelligent Computing上。

　　所謂計(jì)算鬼成像(computational ghost imaging, CGI)，是指使用關(guān)聯(lián)計(jì)算獲得物體信息。該研究成果可以對(duì)人眼的視線之外的物體進(jìn)行成像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人體視覺感知的增強(qiáng)，為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互等領(lǐng)域的發(fā)展提供了新思路。

　　腦機(jī)接口(Brain-Computer Interface，BCI)，則是一種將人類大腦與外部計(jì)算機(jī)或機(jī)器連接起來(lái)的技術(shù)，通過(guò)識(shí)別和解析大腦發(fā)出的電信號(hào)，來(lái)控制計(jì)算機(jī)或機(jī)器的行為，以及讀取或監(jiān)測(cè)大腦的活動(dòng)狀態(tài)。其研究成果提供了一種探索大腦神經(jīng)學(xué)的技術(shù)路線，為理解人類視覺系統(tǒng)的神經(jīng)物理學(xué)機(jī)制提供了新線索，可被用于研究有意識(shí)和非意識(shí)下的腦電狀態(tài)差異。

　　在計(jì)算鬼成像架構(gòu)研發(fā)的過(guò)程中，王高把人類視覺系統(tǒng)當(dāng)成探測(cè)器;調(diào)研了腦機(jī)接口中常用的視覺誘發(fā)信號(hào)，選取了穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(SSVEP，steady-state visual evoked potential)作為成像探測(cè)的一部分。在此基礎(chǔ)上，他通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，研究了光學(xué)刺激輸入和 SSVEP 輸出之間的強(qiáng)度關(guān)系，繪制了相應(yīng)的熱力圖，為后續(xù)的成功成像提供了基礎(chǔ)。同時(shí)，王高提出的自適應(yīng)計(jì)算循環(huán)，將 SSVEP 信號(hào)對(duì)光學(xué)散斑進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋調(diào)控，借此加快成像速度、減少探測(cè)次數(shù)、以及縮短成像所需的時(shí)間。由此，他構(gòu)建了計(jì)算鬼成像的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，針對(duì) SSVEP 實(shí)現(xiàn)了從強(qiáng)度探測(cè)序列到物體圖像的成像映射，也降低了噪聲的影響、提高了成像的質(zhì)量。

　　王高計(jì)算鬼成像架構(gòu)的研究成果在具體應(yīng)用中有著巨大的潛力：

　　其一，在人體增強(qiáng)方面，使用腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)計(jì)算成像可以擴(kuò)展人類的感知能力，例如實(shí)現(xiàn)對(duì)人的視線之外的場(chǎng)景進(jìn)行成像。

　　其二，在人機(jī)交互方面，通過(guò)人眼實(shí)現(xiàn)對(duì)所注視區(qū)域的成像，有望增強(qiáng)殘疾人與外界的交互能力。

　　其三，在神經(jīng)物理學(xué)方面，本次成果提供了一種探索大腦神經(jīng)學(xué)的技術(shù)路線，例如在有意識(shí)和非意識(shí)狀態(tài)下腦電差異的表征。

　　其四，在醫(yī)學(xué)方面，該技術(shù)可以為檢查人腦的視覺通路的功能，提供一個(gè)潛在的框架和方法。

　　其五，在腦機(jī)結(jié)合方面，該技術(shù)可潛在地使用人類大腦強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，來(lái)處理外部環(huán)境中的視覺刺激，并通過(guò)讀取 BCI 所記錄的腦電信號(hào)來(lái)完成復(fù)雜任務(wù)。例如，使用人類大腦識(shí)別或分類圖像。