通过测量脑电波活动来解读人类的思维内容,曾被视为科幻小说中的情节。近日,英国格拉斯哥大学的科学家们在脑电波解码领域取得了重要进展,首次实现了对特定脑电波信号所代表信息的初步解读,这为未来人机接口技术的发展奠定了基础,或将使人脑能够直接通过脑电波与计算机进行交流。
脑电波是大脑神经元群体活动产生的电信号,不同的脑活动对应不同的脑电波模式,脑电图(EEG)技术可以非侵入性地记录这些信号。然而,脑电波中所携带的具体信息内容及其解码方法长期以来一直是神经科学的难题。
在此次研究中,格拉斯哥大学神经科学与心理学研究所主任菲利普·许恩斯(Philip Hennessey)领导团队,招募6名志愿者观看展示不同情绪表情(如高兴、害怕、惊讶等)的人脸图像。研究人员有时会遮挡部分图像(例如仅显示眼睛和嘴巴),要求志愿者判断表情,同时通过脑电图仪器精确记录大脑在处理视觉信息时的脑电波活动。
研究团队分析了脑电波的频率、振幅和相位等特征,发现不同脸部区域的视觉信息对应不同频段的脑电波活动。具体而言,约12赫兹的脑电波主要携带与眼睛相关的信息,而约4赫兹的脑电波则携带与嘴巴相关的信息。更重要的是,脑电波的相位信息比振幅信息包含更多的认知内容。
许恩斯解释称,大脑利用不同频率的脑电波编码不同面部区域信息的机制,类似于无线电通信中使用不同频率频道传输多路信号的方式,这种频率叠加能够大幅提升信息处理的效率。
该研究不仅加深了科学家对大脑信息编码和处理机制的理解,也为构建基于脑电波的人脑信息处理模型提供了理论基础。此外,大脑与现代通信技术在信息编码方式上的相似性,为未来人机接口技术的研发提供了新的思路,未来或可实现通过脑电波直接控制计算机或其他智能设备。
总编辑点评:脑电波与大脑不同功能区的对应关系早已被脑电图技术揭示,如记忆、推理和情感等不同认知功能会激活大脑特定区域。此次英国科学家的研究突破在于对脑电波携带信息的初步解析,尤其是通过巧妙的心理学实验设计揭示了大脑在“读脸”时的工作细节:不同面部器官信息被编码在不同频段的脑电波中,并行处理。这使我们能够从复杂的脑电波信号中识别出个体关注的是嘴巴还是眼睛,但大脑对这些面部特征的具体认知和情感反应仍需进一步研究,这将是未来心理学和神经科学的重要课题。