科学家将一个微电极阵列植入到恒河猴大脑的运动区,采集多个神经细胞的放电信号,经过计算机的实时处理,转换成电动假肢的控制命令。经过一段时间的训练,猴子学会了用自己的大脑神经信号直接控制假肢的运动,抓取食物喂到自己的嘴里。在此过程中,猴子对抓取力度和假肢运动轨迹的控制达到了很高的准确度,几乎把假肢当成了自己的手臂来“使用”。这项研究属于近些年来发展起来的脑机接口技术。
华南理工大学脑机接口与脑信息处理中心主任、自动化科学与工程学院的李远清及其学术团队从他们的专业背景出发,近年来致力于信息科学与脑科学的交叉、脑机接口与脑信息处理方面的研究,取得斐然的成绩。
前沿领域勤耕耘
在实验室,一台“脑控轮椅”引起了笔者的注意。一位同学戴上插满电线的“电极帽”后,座下的轮椅就会随着他的“思想”而走动停下、左转右转、加速减速。
李远清解释说,不同的想法,会在头部不同区域发出强弱不等的脑电波,电极帽采集到各种不同的脑电波,就可输入计算机转化为指令。不过,并非所有的念头都可以被实现,还是有个特定模式,需要操控者集中精力才行。
“这种技术不但可以用于轮椅,还可以用于家电、游戏机等,甚至是汽车。比如说你只需要‘想一想’,就能开关电视机、调大小音量。只要‘想’,就能和朋友对打游戏。”操纵轮椅的学生张瑞介绍说。
据介绍,这个采用了脑际接口技术的轮椅引起了中央电视台、中国新闻社、《中国青年报》、香港《大公报》、美国《中国日报》、泰国《京华时报》、澳大利亚《澳洲新报》等海内外媒体广泛关注;香港大公网相关新闻连续一周排在该网站十大热门新闻之首;国内外主流媒体报道60余则,相关新闻网络转载1000余次。
李远清说,几年前他和团队已经研制出利用脑电波实现文字输入的装置,这个脑电波控制的轮椅是经历了两年多的研究后的调试产品。“等到性能稳定后,可能会推向市场,”李远清说。据了解,这台轮椅的造价需要20万元左右,世界上仅有少数科研单位有类似的发明。“应该说我们同国际先进水平还是相当的。”李远清说。
脑机接口技术结合了神经科学、微电子和计算机信息处理等领域的最新成果,直接提取大脑的神经活动,实时翻译成控制命令,反映在电脑程序中,因此这项技术可以帮助那些肢体残疾、脊髓损伤、中风、肌萎缩侧索硬化,以及其他神经肌肉退化的病人,建立一个大脑与外界世界直接交互的新途径,改善他们的生活质量。虽然这项技术目前还只是停留在基础研究的阶段,但它却有着非常好的前景。李远清解释说,这项技术一旦投入市场,会产生不可估量的社会效益,目前他们正在和广东省人民医院合作,利用功能核磁共振成像手段进行人脑信息处理机制的探索,进展也很不错。
在自然科学领域,李远清取得了很多创新性的成果,先后发表论文70余篇,还获得了国家杰出青年基金、教育部新世纪人才基金、教育部优秀青年教师基金、国家自然科学基金等多个项目,获得多项国家级和省级科技奖励,并于2009年入选新世纪百千万人才工程国家级人选。
扎实严谨做研究
卓越成就的取得必源自于其内在的精神和追求,正是由于对科学事业的执着,由于不求名利、一心向学的研究态度,由于扎扎实实、谦虚谨慎的学风作风,使得李远清能够在科学研究的道路上不断登上新的高峰。
谈到自己读大学时的学习经验,他说就是不断地做习题,四年下来光数学分析课程的题目就做了近四千道。他每天都泡在图书馆和课室与这些一般人看来单调枯燥的题目打交道,他不在乎板凳上的清苦,耐得住灯前的寂寞。现在回想起来这段日子,他依然觉得自豪:做完了这些题目,就有了扎实的基础和充分的自信,成为日后的科学研究方向多次顺利转变的基础,这是大学留给他最宝贵的财富。
诸多成绩和荣誉没有让他产生骄傲自满的懈怠情绪,相反,他一如既往、孜孜不倦地在科学的道路上努力着、前进着。从交谈中笔者感受到他是一个内心世界很纯粹的人,他只是一心想着如何用心地去做自己感兴趣的事情,是科研兴趣引领他在科研阵地上勇往直前。他认为科学研究不是枯燥无味的,而是其中充满了需要探寻的奥秘,吸引着你在科学的道路上前进。
科研之外,李远清又是一位出色的老师。他的学生以他为榜样,将全身心投入学业,不断在专业上取得了新突破。
2010年11月,国家自然科学基金委员会“视听觉信息的认知计算”重大研究计划资助的“首届中国脑-机接口比赛(China BCI 2010)”在北京举办。参赛队必须采用自己的脑机接口系统参与比赛,以测试参赛队在系统设计、数据分析、算法实现、以及受试者训练等方面的综合水平。
在李远清带队下,参赛小组获得了“字符输入”和“自动车控制”两个项目第一名和另外两个项目第二名。尤其是在演示“字符输入”和“自动车控制”两个项目时,成绩非常突出,获得了观众和其他参赛队成员的阵阵掌声,其总体成绩和表现获得了国内脑机接口领域专家学者的高度肯定。
团队合作天地宽
当今的科研工作,团队合作日显重要。如他们有关实时脑机接口的研究,靠个人单打独斗几乎是不可能的,需要有人在研究的问题和实验方案方面总体设计,需要有人研究算法,需要有人编程序,在系统上实时实现,需要有人分析数据等等。李远清的团队,目前有教师6名,大部分都有在海外长时间的学习和研究工作经历,研究生40余名。团队成员之间,因为科研的需要,密切合作,分工明确,大家共同努力拼搏,共同进步,团队近几年才取得了这样大的成绩。团队组建以来,获国家自然科学基金青年基金和面上项目3项,广东省自然科学基金重点项目2项,国家基金重大研究计划重点项目1项,863课题1项,青年教师俞祝良被学校破格评为新世纪优秀人才基金人选,入选广东省千百十省级培育对象。团队中,除了老师外,学生也能发表高水平论文。如博士生龙锦益、余天佑同学以第一作者在国际权威刊物发表论文多篇。
科学研究不是靠一个人能完成的,必须有良好的团队作为支撑,必须有团结一致的团队氛围。李远清说他更想让人们了解他们的团队,了解他们的研究,知道在华工还有这么一些人在做着这样一件事情就够了,让一些有志于科学研究的优秀青年加入到他们的队伍中来,至于他自己,则只是这个团队里面的一份子。这一席话更让笔者真切地感受到一个学者的风范,他们不计名不为利,不图自己的声名远大,只愿自己的研究有实际的应用价值。他们最愿意听的称呼就是老师,他们最愿意呆的地方就是实验室,他们才华横溢却又虚怀若谷,他们勤勤恳恳而又心无杂念,那是一种心系一处的定力,更是一种物我两忘的淡然。
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