BCI(BrainComputerInterface)

腦與計(jì)算機(jī)的交互

(大綱)

一、什么是BCI

1、定義

BrainComputerInterface,BCI

(BrainMachineInterface,BMI)

(HumanComputerInterface,HCI)

我

.Abrain-computerinterfaceisa

?

communicalionsystemthatdoes

擊notdependonthebrain'snormal

toutputpathwaysofperipheral

nervesandmuscles.

2、類型

BrainMachineInterface

Type1:

Useartificiallygeneratedelectrical

signalstostimulatebraintissuein

ordertotransmitsomeparticulartype

ofsensoryinformationortomimica

particularneurologicalfunction.

Type2:

relyonthereal-timesamplingand

processingoflarge-scalebrainactivity

tocontrolartificialdevices.

3、例如:

腦電波指揮計(jì)算機(jī)：人腦與外界的交流

Actions?thoughts

(Nature409,2001)

4、BCI面臨的巨大挑戰(zhàn)

TheBigChallenges

DitonMScUncesOffice

?Gettingtherightbrainactivitycodesoutfor

thedesiredaction

?Gettingtheappropriatefeedbackin(sensory,

force,visual,vestibular,acoustic,olfactory)

,Derivingalgorithmsthatrepresent

interactionofcodesoutandfeedbackin

?Accessingthecodesnon-invaslvely

(Optimizingthesignaltonoiseoverthe

spatiotemporalscale

?Determininginterfacebiocompatibility

?Integratingnewprocesses,form,function

andmaterials(actuators,sensors)indevices

whichcanbeoptimallycontrolledbythe

brain

?Exploitingdynamicplasticityofbrainand

machinetooptimallyperformworkand

controlactuation

5、BCI的研究領(lǐng)域

重要的研究領(lǐng)域

6、BrainC3

TheDream:BrainC3

D?lenteSctonersOffice

?Tousebrainactivitytodowork;to

command,control,actuateand

communicatewiththeworlddirectly

throughbrainintegrationwithperipheral

DevicesandSystems

二、BCI的意義

對(duì)于人的智能的研究，從1956年人工智能研究的提出以來(lái)，己有幾十年歷

史：有人利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行宏觀的功能模擬，如Newell與Simon提出物理符號(hào)系

統(tǒng)的假設(shè)，認(rèn)為對(duì)符號(hào)進(jìn)行辨認(rèn)與區(qū)分是智能的基礎(chǔ)——認(rèn)知學(xué)派；也有人主張

用邏輯來(lái)研究人工智能，即用形式化方法描述客觀世界，用邏輯推理對(duì)智能進(jìn)行

客觀的功能模擬一邏輯學(xué)派；也有人認(rèn)為智能是在與環(huán)境交互作用中表現(xiàn)出來(lái)

的——行為學(xué)派。上述學(xué)派都能對(duì)智能進(jìn)行宏觀的功能模擬，但尚未找到人胸中

對(duì)應(yīng)的符號(hào)，也不知人腦具體用什么符號(hào)或形式化方式來(lái)進(jìn)行的，所以不能與人

腦直接交流。另外，也有人(McCHoch,Pitts)想直接模仿人腦的結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生智

能，提出MP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，但是人腦結(jié)構(gòu)太復(fù)雜了以致難以真正模仿。目前所

用的只是簡(jiǎn)化模型，無(wú)法與人腦相對(duì)照，因而也無(wú)法直接與腦進(jìn)行交流。

現(xiàn)在的腦——機(jī)交互是機(jī)器與腦的直接交流，既不只是宏觀模擬，又不是結(jié)

構(gòu)模仿，是在信息處理一致性的基礎(chǔ)上找到對(duì)應(yīng)的信號(hào)所進(jìn)行的交流，具有新的

意義。

BCI說(shuō)明，人工腦與生物腦在信息處理上機(jī)理一致，只需加上中介(Interface)

即可交流。機(jī)理一致這一點(diǎn)給我們帶來(lái)重大啟發(fā)，使得我們對(duì)機(jī)理與黑箱的看法

重新思考！

三、BCI的發(fā)展方向

方向一：應(yīng)重視生物腦的解讀對(duì)電腦發(fā)展的作用

既然機(jī)理致，則對(duì)生物腦的解讀對(duì)電腦的發(fā)展有重大影響。

方向二：生物腦與人工腦的結(jié)合，是一全新領(lǐng)域

即使機(jī)理一致，生物腦與人工腦仍有重大區(qū)別。由于載體不同，兩者在模式、

速度、邏輯與形象……等等方面都有大的區(qū)別，故兩者可以互補(bǔ)。

方向三：人工腦的進(jìn)化機(jī)理

既然機(jī)理一致，因?yàn)樯锬X是生物進(jìn)化的結(jié)果，如果將人工腦與人工生命結(jié)

合，是否可得人工腦也可由進(jìn)化機(jī)理而發(fā)展？

方向四：人工腦的復(fù)雜系統(tǒng)性質(zhì)的研究

人腦與人工腦目前最大的差別仍在創(chuàng)造性、概念的抽象、形象思維等方面，

這可能與復(fù)雜系統(tǒng)