这款设备让你用意念玩俄罗斯方块

A boy who was addicted to the internet, has his brain scanned for research purposes at Daxing Internet Addiction Treatment Center in Beijing February 22, 2014. As growing numbers of young people in China immerse themselves in the cyber world, spending hours playing games online, worried parents are increasingly turning to boot camps to crush addiction. Military-style boot camps, designed to wean young people off their addiction to the internet, number as many as 250 in China alone. Picture taken February 22, 2014. REUTERS/Kim Kyung-Hoon (CHINA - Tags: SOCIETY)ATTENTION EDITORS - PICTURE 21 OF 33 FOR PACKAGE 'CURING CHINA'S INTERNET ADDICTS'TO FIND ALL IMAGES SEARCH 'INTERNET BOOT CAMP' - LM2EA6O18Z401
The game relies on the cap to detect electrical activity in players' brains.Image: REUTERS/Kim Kyung
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这是首次展示两件事:超过两人的脑对脑网络,以及一个人仅凭大脑既能接收信息,也能向他人发送信息。

“人类是社会性生物,通过相互交流进行合作,共同解决我们任何一个人都无法独自解决的问题,”通讯作者、华盛顿大学保罗·G·艾伦计算机科学与工程学院教授、该校神经技术中心联席主任拉杰什·拉奥(Rajesh Rao)说。

“我们想知道,一群人能否仅凭大脑进行协作。BrainNet的构想正是由此而来:由两个人帮助第三个人完成一项任务。”

Heather Wessel在本次实验中担任发送者。她看到屏幕两侧分别显示“是”和“否”。在“是”选项下方,一个LED灯每秒闪烁17次。在“否”选项下方,一个LED灯每秒闪烁15次。Image: Mark Stone/U. Washington

游戏玩法

与俄罗斯方块一样,屏幕顶部显示一个方块,底部显示一条需要被填满的横线。两人作为发送者,既能看到方块也能看到横线,但不能控制游戏。第三人作为接收者,只能看到方块,但可以告诉游戏是否需要旋转方块,以成功填满横线。

每位发送者判断方块是否需要旋转,然后将该信息从其大脑经由互联网传送至接收者的大脑。随后,接收者处理这些信息,并直接从大脑向游戏发出指令——旋转或不旋转方块——希望借此填满并消除该横线。

游戏示例。接收者看到左侧的画面,两名发送者看到右侧的画面。顶行显示试验开始时的屏幕。发送者(右侧画面)可以看到底部的绿线,但接收者看不到。中间一行显示发送者有机会审查接收者的决定,并可建议接收者改变想法。底行:成功!两名发送者改变接收者想法后的两个屏幕。Image: Jiang等人/Scientific Reports

研究团队邀请五组参与者进行16轮游戏。每组中的三名参与者分处不同房间,彼此无法看到、听到或交谈。

每位发送者都可以在电脑屏幕上看到游戏画面。屏幕上还一侧显示“是”一词,另一侧显示“否”一词。在“是”选项下方,一个LED灯每秒闪烁17次。在“否”选项下方,一个LED灯每秒闪烁15次。

“发送者一旦决定是否旋转方块,他们就会通过专注于相应的灯光,将“是”或“否”发送至接收者的大脑,”第一作者、艾伦计算机学院本硕连读项目学生江林星(Linxing Preston Jiang)说。

BRAINNET背后的技术

发送者佩戴脑电图帽,用于捕捉其大脑中的电活动。灯光不同的闪烁模式会引发大脑中独特类型的活动,而脑电图帽可以捕捉到这些活动。

Linxing Preston Jiang为Savannah Cassis设置其作为本次实验发送者的装置。Image: Mark Stone/U. Washington

当发送者凝视与其选择相对应的灯光时,脑电图帽会捕捉到这些信号,计算机则通过在屏幕上显示一个朝向其所选选项移动的光标,提供实时反馈。随后,这些选择被转换为“是”或“否”的答案,并可通过互联网发送给接收者。

“为了将信息传递给接收者,我们使用了一根线缆,其末端连接着一个形似小型球拍的探杆,放置于接收者头部后方。该线圈刺激大脑中负责转换来自眼睛信号的区域,”合著者、心理学系及学习与脑科学研究所助理教授安德烈亚·斯托科(Andrea Stocco)说。

“我们本质上是‘欺骗’大脑后部的神经元,使其传播它们已接收到来自眼睛信号的信息。随后,参与者会产生一种感觉,仿佛明亮的弧线或物体突然出现在他们眼前。”

研究助理Justin Abernethy正在设置线圈,该线圈将把发送者的回应直接传送至心理学研究生Theodros Haile的大脑。Haile同时佩戴脑电图帽,以将他的答案回传给发送者和计算机。Image: Mark Stone/U. Washington

如果答案是“是,旋转方块”,接收者将看到明亮的闪光。如果答案是“否”,接收者则什么也看不到。接收者在决定是否旋转方块之前,会收到两名发送者的输入。由于接收者同样佩戴了脑电图帽,他们使用与发送者相同的方法来选择是或否。

“好”队友与“坏”队友

发送者有机会审查接收者的决定,如果不同意,可以发送更正意见。随后,接收者发出第二次决定,小组中的每个人都会得知他们是否成功填满了横线。平均而言,每组在81%的情况下成功填满横线,即16轮试验中成功13次。

研究人员想知道,接收者是否会随着时间推移,根据发送者的可靠性学会更信任其中一方。研究团队有意将其中一名发送者设定为“坏发送者”,并在16轮试验中的10轮翻转其回应——使得“是,旋转方块”的建议被传达给接收者时变为“否,不要旋转方块”,反之亦然。随着时间推移,接收者从对两名发送者相对中立,转变为强烈偏好“好发送者”提供的信息。

研究团队希望这些结果为未来的脑对脑接口铺平道路,使人们能够协作解决单靠一个大脑无法解决的难题。

研究人员还认为,现在正是开始更广泛讨论此类脑增强研究的伦理问题,并制定相关规程以确保技术进步过程中人们的隐私得到尊重的恰当时机。该团队正与神经技术中心的神经伦理团队合作,以应对此类问题。

“但就目前而言,这只是迈出的一小步。我们的设备仍然昂贵且非常笨重,而且这项任务只是一个游戏,”拉奥说。“我们正处于脑接口技术的‘莱特飞机’时代:我们才刚刚起步。”

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