琶洲实验室脑机接口技术首次运用解决晕车问题,已获多项发明专利

2024年3月22日
琶洲实验室
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戴上头环,进入冥想,便能解决晕车问题?记者从位于广州的琶洲实验室获悉,琶洲实验室脑机智能研究中心、华南理工大学、华南脑控(广东)智能科技有限公司相关团队开发了一套脑机接口正念冥想系统,运用最新的脑机接口技术,辅助提升正念冥想程度,探索解决晕车问题的新方式。

此套系统的主要发明人,琶洲实验室常务副主任、华南理工大学教授、博士生导师李远清介绍道,“这是脑机接口技术首次运用解决晕车问题,国内外第一款便捷可穿戴、无副作用、效果显著且得到严格验证的防晕车方法和产品,相关技术和系统已经获批多项发明专利。”

体验

上头环,跟随引导

有助于保持“轻松的清醒”状态

采访现场,记者在测试车辆上对此套设备进行了体验。

设备由一个头环和一台平板电脑两个硬件构成。头环上,有数个用于接收脑电波信号的电极。设备的使用十分方便,仅需戴上头环,戴上耳机连接平板电脑,在平板电脑上选择冥想的场景,紧接着跟随耳机声音引导进入冥想即可。

记者挑选了篝火以及流水等多个场景。以篝火为例,平板电脑上显示出篝火燃烧的画面,耳机传出声音引导注意篝火的形状、颜色等,以提升专注力,进入更佳的冥想状态。

体验套脑机接口正念冥想系统,平板电脑篝火画面随冥想程度提高而清晰。

在屏幕的左上角,有变动的数字,是正念冥想程度的体现,分数越高则正念冥想的状态越好。此外,屏幕画面的清晰程度也能体现正念冥想程度。当记者的注意力尝试从画面转移到周围其他元素时,其分数会低至10分以下,画面很是模糊;当注意力回归画面,经过几分钟进入状态后,分数能提高到40—70分之间,画面随之更加清晰。

经过约15分钟的测试下车后,一个明显的感受是,路上的记忆仅有屏幕和声音引导的画面,至于车窗外的景象则无印象。与在车上看电影、听音乐的感受不同的是,精神方面显得轻松一些。

参与指导测试的工作人员向记者解释道,正念冥想和看电影、听音乐转移注意力不同,后者依然会给大脑带来压力,转移注意力效果有限,无法缓解晕车现象,但脑机接口正念冥想系统在有效帮助用户转移注意力的同时,使得大脑保持了“轻松的清醒”状态。

测试

八成以上测试人员表示有效

李远清团队招募了有晕动症的男女近100名,参与乘车验证实验。

李远清向记者介绍道,实验结果数据显示,其中,80%以上的参与人员表示对晕动症有明显缓解效果。他们进一步挑选那些有效果的实验被试,进行2小时时长的乘车实验,所有的人都表示系统对晕动症有缓解效果,其中约85%的实验被试全程感觉有效,没有明显的晕车发生(注:一般只有轻微症状),剩下约15% 的被试前半段有效。

南都记者采访了4位测试人员。叶姓测试人员主要对汽车的加速减速敏感,乘坐汽车时表现出恶心想吐的现象。他参加了5次测试。“需要5—10分钟进入状态,此后感觉良好,晕车现象有明显改善。”他说道。

陈姓测试人员来自福建,因新家与老家的车程超过1个小时,且需途经蜿蜒山路,乘车时经常感到恶心,需要开窗户通风。参与测试的过程中,他表示“不再有晕车的感觉”,注意力都集中到了此套系统中的屏幕画面上。

张姓测试人员来自重庆,需要经山路进城,晕车严重时会呕吐。参与测试过程中,在进入较好的正念冥想状态后,她表示“没有反胃、头晕”的情况。“仅需戴上头环,还是挺方便的。”

梁姓测试人员认为自己晕车主要源于密闭空间、车辆震动以及车内外的静与动带给自己不协调感。他尽量选择坐副驾驶,以保证车前视野与两边视野同样保持运动,尽量不去感受运动的状态,还需吃药缓解,以及开窗通风。他总共参加了5次短途和2次长途测试。他表示,“前期进入状态需要一定时间,但进入较好的正念冥想状态后,能够达到‘完全不晕’的状态。”

原理

脑机接口提供神经反馈

提升正念冥想程度,解决晕车问题

“根据感觉冲突理论,视觉、听觉、前庭或体感系统传递的信息不匹配,且与大脑预测的运动不一致,是晕动症发生的主要原因。”李远清告诉记者。

“人们乘坐交通工具感到头晕的时候,去做正念冥想,注意力就转移了,是有可能缓解头晕的;但仅仅靠正念冥想不足以解决大部分人的晕车问题。”李远清认为。

李远清接受记者专访。

李远清说道,“正念冥想对改善睡眠和情绪,以及减压等都有作用,因而已经成为抑郁、焦虑等心理精神疾病的临床疗法而被广泛使用。”

尽管正念冥想益处众多,但是初学者往往不好理解和掌握。运用最新的脑机接口技术,可以使患有晕动症的人在乘车时能够更方便、更轻松地提升正念冥想的程度,缓解晕车问题,这是此套脑机接口正念冥想系统的主要作用。

据介绍,此套系统在大脑和外部设备之间建立了一条直接交互控制通道,包括脑电信号采集模块、脑电信号分析模块、执行/应用模块、反馈模块。

“基于头皮脑电的脑机接口是一种非侵入式脑机接口,因为对我们大脑和身体没有任何伤害而逐渐得到应用落地。”李远清表示。

用于接收脑电波信号的头环。受访者供图

具体做法是,用户戴上带有电极的头环。这些电极贴近使用者前额皮肤和太阳穴皮肤,自动接收脑电波。脑电波被头环设备放大以后,再无线传输至计算终端(手机、平板电脑,或者PC/笔记本电脑)。计算终端分析脑电波信号,评估正念冥想状态,评估的结果通过分数、声音变化、屏幕上的场景画面变化反馈给用户。

正念冥想状态越好,分数就越高,声音和场景画面就越清晰越漂亮,反之,分数就会变低,声音和场景画面也会变得模糊。用户根据这些生物/神经反馈很容易知道他们的正念冥想状况,从而更加专注正念冥想。

脑机接口正念冥想系统运行原理。受访者供图

“这个系统让用户特别是初学者容易进入正念冥想状态,觉得正念冥想不那么难了,变得很有趣了。该系统经过长时间和大量人群试用,效果良好。这里起关键作用的就是上面提到的由脑机接口所提供的生物/神经反馈模块。”李远清说道。

观点

科技创新成果转化受到空前重视

仍有部分制度性难题待解

李远清从事脑机接口技术研究已有20余载,主持国家重点研发计划项目、863课题、国家自然科学基金重点项目、科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目等;获得国家、省部级重大科技成果奖多项。

2008年,他从国外回到华南理工大学,建立了自己的实验室,于2012年开始尝试将脑机接口技术与医疗结合,为高位截瘫患者提供运动功能辅助技术,为意识障碍患者提供意识检测、辅助诊断与康复预测技术。例如,通过脑机接口技术,设备能够识别患者的脑电波信号,患者使用这套设备,实现通过“意念”操作轮椅或者机械臂,完成动作。

“尽管脑机接口具有广阔的应用前景,如专注力训练、中风患者运动功能康复等等,学术界和产业界一直在努力推动脑机接口产业化落地,但是能够满足市场刚需的脑机接口产品迄今尚未问世,我们的系统在某种程度上填补了这项空白。”李远清表示。

近年来,作为前沿性战略性科技领域,脑机接口技术受到各国政府、学术界、产业界和社会大众的广泛关注。如马斯克所成立的脑机接口公司频频推出新成果、公布科研攻关新进展,展现了脑机接口技术的重要潜力,吸引了无数关注。

为促成科技成果转化,2019年5月,华南理工大学李远清教授团队通过科技成果转化创立了华南脑控(广东)智能科技有限公司,一家脑机AI全产业链自主知识产权的企业,公司股东包括华南理工大学等。

琶洲实验室是广东省为落实国家创新驱动发展战略所设立的
10个省实验室之一,坐落于广州市海珠区琶洲试验区。

科技成果转化近年来受到社会各界高度重视,也是摆在李远清面前的下一步计划。李远清介绍,脑机接口正念冥想系统将在未来合适的时机推向市场。

对于科技成果转化这一话题,李远清受访时表示,“当前各级政府、高校都高度重视科技成果转化,其重要程度空前。”不过,他认为,当前依然有一些难题待解决。

具体而言,包括配套政策制度需跟上,应更多地让市场来评价科技成果,以及在扶持方面增加应用场景的扶持等。

李远清表示,未来3年,琶洲实验室将按省、市、区、依托单位华南理工大学各级领导的要求,把科技成果转化作为重点工作推进,让来自实验室和华南理工大学等高校的科技成果赋能产业,发展新质生产力。

人物名片

李远清,琶洲实验室常务副主任、华南理工大学教授、博士生导师、IEEE Fellow、国家杰出青年科学基金获得者、中国脑机接口产业联盟副主任委员及学术研究组主席,获国家自然科学二等奖1项、教育部自然科学一等奖1项、广东省自然科学一等奖2项等。带领团队参加中国脑机接口大赛、世界机器人大会机器人比赛、全国互联网+比赛等等,获第一名、一等奖、金奖10余次。是IEEE Trans. on Human Machine Systems 等期刊的副主编。担任中国自动化学会常务理事、中国人工智能学会理事、中国图形图像学会理事等。

2000年以来,李远清先后致力于稀疏编码、机器学习、脑信号分析、脑机接口及其应用等方面的研究。特别是在脑机接口领域深耕20余载,取得了一大批具有国际影响力的创新性理论及应用成果,在IEEE Trans. on Biomedical Engineering,IEEE Signal Processing Magazine,Proceedings of the IEEE,Brain, NIPS等国际著名期刊及权威会议上发表论文200余篇,申请获批专利70余项。

南都广州新闻部出品

采写:南都记者 代国辉

摄影:南都记者 冯宙锋(除署名外)

编辑:代国辉