連接人腦和計算機(jī)的計算鬼成像架構(gòu)

　　文/陳根

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

　　所謂計算鬼成像(computational ghost imaging, CGI)，是指使用關(guān)聯(lián)計算獲得物體信息。該研究成果可以對人眼的視線之外的物體進(jìn)行成像，從而實現(xiàn)對人體視覺感知的增強(qiáng)，為增強(qiáng)現(xiàn)實、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算機(jī)或機(jī)器連接起來的技術(shù)，通過識別和解析大腦發(fā)出的電信號，來控制計算機(jī)或機(jī)器的行為，以及讀取或監(jiān)測大腦的活動狀態(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和非意識下的腦電狀態(tài)差異。

　　在計算鬼成像架構(gòu)研發(fā)的過程中，王高把人類視覺系統(tǒng)當(dāng)成探測器;調(diào)研了腦機(jī)接口中常用的視覺誘發(fā)信號，選取了穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(SSVEP，steady-state visual evoked potential)作為成像探測的一部分。在此基礎(chǔ)上，他通過大量實驗，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，王高提出的自適應(yīng)計算循環(huán)，將 SSVEP 信號對光學(xué)散斑進(jìn)行實時反饋調(diào)控，借此加快成像速度、減少探測次數(shù)、以及縮短成像所需的時間。由此，他構(gòu)建了計算鬼成像的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，針對 SSVEP 實現(xiàn)了從強(qiáng)度探測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)接口實現(xiàn)計算成像可以擴(kuò)展人類的感知能力，例如實現(xiàn)對人的視線之外的場景進(jìn)行成像。

　　其二，在人機(jī)交互方面，通過人眼實現(xiàn)對所注視區(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，例如在有意識和非意識狀態(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，來處理外部環(huán)境中的視覺刺激，并通過讀取 BCI 所記錄的腦電信號來完成復(fù)雜任務(wù)。例如，使用人類大腦識別或分類圖像。