腦電波讀出容易，讀懂很難

腦電波大致分為α波、β波、γ波、δ波和θ波，不同的電波對應不同的大腦狀態(tài)。盡管不同的腦電波大致有一個(gè)代表的方向，但實(shí)際情況卻復雜得多。事實(shí)上，腦電信號的破譯工作目前仍是一片“藍?！?。

前不久，浙江某小學(xué)為學(xué)生佩戴“智能頭環(huán)”檢測腦電波以判斷其注意力是否集中的事件引發(fā)熱議。測試腦電波這一在醫療領(lǐng)域和研究領(lǐng)域常用的技術(shù)手段，由于科幻電影的炫染總是讓人感覺(jué)無(wú)比神秘。

那么什么是腦電波，它可以被探測解讀嗎？

神經(jīng)元的活動(dòng)形成了腦電波

盡管幻想腦部“呲呲”放電會(huì )顯得古怪滑稽，但腦電波確實(shí)存在。之所以難以察覺(jué)，是因為它的強度最高只有200微伏。

大腦在活動(dòng)時(shí)，大量神經(jīng)元同步發(fā)生的突觸后電位經(jīng)總和后形成了腦電波，突觸后電位的本質(zhì)是帶電離子在神經(jīng)突觸的進(jìn)出。所謂“思想的火花”，正是思考時(shí)體內的帶電離子穿過(guò)神經(jīng)細胞膜上的通道（如化學(xué)門(mén)控通道）留下的“噼啪”聲，以及流過(guò)后大腦不同區域的電位差。腦電儀器記錄的正是腦神經(jīng)細胞的電生理活動(dòng)在大腦皮層或頭皮表面的總體反映。

一般認為，腦電波大致分為α波、β波、γ波、δ波和θ波，不同的電波對應不同的大腦狀態(tài)?！澳X電波一直存在，但是不同的狀態(tài)下不同的波將成為主體，例如合眼的時(shí)候，α波會(huì )馬上活躍起來(lái)?！睆偷┐髮W(xué)教授黃志力說(shuō)，而當大腦充滿(mǎn)θ波時(shí)，人的意識活動(dòng)明顯受到抑制，無(wú)法進(jìn)行邏輯思維和推理活動(dòng)。此時(shí)，大腦憑直覺(jué)、靈感、想象等接收和傳遞信息。

科學(xué)家還發(fā)現，人們在覺(jué)醒并專(zhuān)注于某一事時(shí)，?？梢?jiàn)一種頻率較β波更高的γ波，其頻率為30—80赫茲，波幅范圍不定。有假說(shuō)認為，γ波也許與建立統一的清晰認知有關(guān)，通過(guò)吸引不同的神經(jīng)元電路的同步，增強意識、產(chǎn)生注意力。

用腦機接口、電極、頭環(huán)均可檢測

“腦電波本身就是電信號，微伏測量確實(shí)難，但是檢測完全沒(méi)問(wèn)題，至少實(shí)驗室沒(méi)問(wèn)題?！北本┐髮W(xué)工學(xué)院特聘研究員雷霆表示，腦電測量設備的先進(jìn)性、貼合的緊密程度、測量方法、是否植入等均對是否能夠準確測量腦電波產(chǎn)生影響。

據了解，目前獲得腦電波的方式，有腦機接口、電極貼片、頭環(huán)或頭盔等。

通過(guò)腦機接口獲取腦電波的方式，理論上獲取效率最高，識別率最好，而且可以長(cháng)期持續使用，但缺點(diǎn)是需要腦機接口，風(fēng)險性較大。

電極貼片是一種典型的獲取腦電波的方式，在醫學(xué)領(lǐng)域和一些科學(xué)實(shí)驗場(chǎng)景，我們常?？梢砸?jiàn)到在腦外部貼上密密麻麻電極的場(chǎng)景。

上海師范大學(xué)教授李魯群等在《基于腦電波信號的人體疲勞程度測試模型分析》一文中曾詳細介紹了通過(guò)電極貼片獲取腦電波的方式：通過(guò)兩個(gè)干電極，將芯片與測試者頭部相連，其中一個(gè)干電極貼于測試者的腦門(mén)，另外一個(gè)夾在測試者的左耳；然后將生物傳感器與電腦終端相連，芯片將采集到的腦電波信號通過(guò)藍牙的方式發(fā)送到生物傳感器，電腦終端就會(huì )顯示腦電波信號的特征值。

雖然這種方式比腦機接口的成本低很多，不需要植入，安全性較高，此外，其信號的識別率也比較有保障。但缺點(diǎn)是這種方式操作成本較高，且需要專(zhuān)業(yè)人士協(xié)助，不能隨時(shí)進(jìn)行，日常生活場(chǎng)景中很難普及。

此外，頭環(huán)或頭盔也是獲取腦電波的方式之一。頭環(huán)或頭盔的優(yōu)點(diǎn)在于可以簡(jiǎn)單佩戴，持續使用，可以方便地產(chǎn)品化。其缺點(diǎn)是采集信號容易被背景噪音信號干擾，識別的準確性和效率明顯不如前兩者。

腦電信號的破譯仍是“藍?！?/strong>

天馬行空、不拘一格、智慧深邃……人的思維是如此豐富多彩，腦電波又有多個(gè)種類(lèi)和千萬(wàn)種組合，那么如何破譯這些信號？

“不同的認知可以根據腦電圖的變化來(lái)判斷，但是非常復雜?！敝袊鴺藴驶芯吭貉芯繂T張運紅表示，盡管不同的腦電波大致有一個(gè)代表的方向，但實(shí)際情況卻復雜得多。

李魯群等人為找到司機疲勞程度與腦電波信號的關(guān)系，曾建立了一個(gè)模型，通過(guò)對復雜數據的降噪、重構、建模、擬合等多步處理后，經(jīng)過(guò)多步計算，隨后進(jìn)行反向驗證，得到相對有一定準確率的計算方法，使得α、β、θ波的特征值能夠計算，從而得到疲勞狀態(tài)的判定表達式，來(lái)判斷疲勞與否。

“主要問(wèn)題是腦電波測得是否準確，數據有沒(méi)有價(jià)值?！崩做J為，如果在基礎研究階段沒(méi)有得出準確的數學(xué)模型，則后續的軟件設計、應用開(kāi)發(fā)都是無(wú)本之木。

事實(shí)上，腦電信號的破譯工作目前仍是一片“藍?！??！皩ⅵ?、β、θ波的特征值用于計算，只是其中一部分，還有很多其他方面的影響?！睆堖\紅表示，目前科學(xué)界并沒(méi)有形成指南之類(lèi)的共識。生物學(xué)領(lǐng)域的生命活動(dòng)基礎仍是未解之謎，將其轉化為數學(xué)模型的表達是粗線(xiàn)條的反映，即使腦電波捕捉準確、后續的軟件開(kāi)發(fā)適宜，也無(wú)法高度精確地反映思維的現狀。

比如，從西南科技大學(xué)李雪飛、許朝進(jìn)《腦電生物反饋對正常小學(xué)生注意力的影響》的論文中可以看到，實(shí)驗針對注意力分散的8名五年級小學(xué)生，采用腦電生物反饋訓練系統進(jìn)行為期兩個(gè)月的注意力訓練，比較后發(fā)現，盡管整體效果有所改善，但存在腦電數據與量表結果不一致的現象。也就是說(shuō)，腦電數據顯示集中精力，而量表題庫顯示注意力不足。究竟是腦電數據與現實(shí)狀況接近，還是主觀(guān)題庫更準，目前仍難判斷。

調控腦電波有望對認知障礙等進(jìn)行干預

記者了解到美國兒科醫學(xué)院將腦電波神經(jīng)反饋訓練作為多動(dòng)癥的干預手段之一。我國科學(xué)家也正在研發(fā)一種穿戴式頭盔，希望通過(guò)監測、調控腦電波，并結合人工智能算法，實(shí)現可反饋調控的人腦功能輔助增強技術(shù)。

這種穿戴式腦功能調控頭盔基于近年來(lái)出現的無(wú)創(chuàng )式腦刺激調控技術(shù)，其原理是：通過(guò)柔性電極傳感器，識別腦電波在大腦執行不同任務(wù)時(shí)的變化，再通過(guò)電極組合釋放微弱的電流脈沖刺激，到達大腦的特定區域，改變腦電波的活動(dòng)，調控大腦神經(jīng)元細胞的活躍狀態(tài)。

研究團隊負責人介紹，這項技術(shù)未來(lái)有望應用于特種人員的技能訓練和學(xué)習記憶能力的快速提升，高壓力環(huán)境所致的焦慮緊張情緒的干預和緩解等。在醫療領(lǐng)域，這項技術(shù)有望對兒童多動(dòng)癥、抑郁癥、老年癡呆、失語(yǔ)癥、帕金森病等功能異常、肢體運動(dòng)障礙、認知障礙進(jìn)行干預。

通過(guò)實(shí)驗研究，研究團隊解析出了與注意認知、情緒調控、焦慮、毒癮發(fā)作、壓力及癲癇等腦功能障礙相關(guān)的特定腦區，希望未來(lái)能夠對這些特定腦區實(shí)施有效的干預。但相關(guān)負責人也坦言，目前的數據只是部分人群測試的結果，頭盔在大規模推向市場(chǎng)前，還需要針對不同年齡、組別的人群做更多大量雙盲實(shí)驗，積累足夠讓人信服的數據。