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腦波剎車讓車想停就停
讓車輛「讀心」

【作者: 王岫晨】   2011年09月09日 星期五

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德國研究所Institute of Physics(IOP)和柏林工業大學(Technical University of Berlin)宣佈,開發出了將腦波變化用於汽車剎車的系統。據介紹,腦波剎車比腳踩剎車的停車速度快130ms。在以100km的時速行駛時,130ms相當於3.6m的距離。有關研究的詳細論文刊載在學術雜誌《Journal of Neural Engineering》上。


事實上,目前許多高檔車多已配備輔助剎車系統,當汽車偵測到危險,輔助剎車裝置會立即啓動。但是,德國柏林工業大學機器學習小組(Machine Learning Group)的研究人員認為,大腦意念剎車或許可以更有效,因為意念早於剎車動作。


《圖一 目前所測得的意念是在實驗室中進行,真實開車該如何測得駕駛人大腦信號,是一大挑戰。》
《圖一 目前所測得的意念是在實驗室中進行,真實開車該如何測得駕駛人大腦信號,是一大挑戰。》

大腦剎車速度更快

其實一般人不論是在駕駛車輛或做任何運動,在身體開始動作前,通常大腦已經知道下個動作準備做什麼。在大部分時候,這個在思考和行動間的時間延遲不是什麼大問題,但如果是正在每小時100公里行進的車輛中,前方突然發生異狀,這時候每一秒鐘都變得非常珍貴了。130毫秒或許看起來不多,但如果在高速行進的車輛能「讀心」,便能在高速中提前3.6公尺停止,這可能就是駕駛者是受到驚嚇或者受到傷亡的重大差別了。


在實驗室中,研究人員採用電腦模擬真實情境,包括對向來車和彎曲道路等,他們要求每個受測者接上電極,在虛擬情境中以時速100公里(60英里)駕駛18公尺。電腦模擬的前方車突然出現剎車燈,迫使受測者不得不踩剎車,研究人員藉由腦波圖(electroencephalography;EEG)和肌電圖(electromyography;EMG)取得大腦信號。


據了解,該系統是在駕駛模擬器(Drive Simulator)上就座的司機頭皮上安裝腦波感測器,由此來確認踩下剎車踏板時,大腦的哪個部位最為活躍。同時,為了獲知踩下剎車踏板之前的腳部反應,還在司機腿上安裝了用於測量肌電(EMG)的感測器。


大腦實際傳回的信號並非完全與剎車有關連,但此研究報告的主要作者Stefan Haufe發現,大腦潛意識伴隨信號同步發生,時間早於剎車動作130毫秒,這段時間足以減少剎車距離3.6公尺(12英尺)。


當駕駛模擬器以100km的時速行駛時,會再現急轉彎道路或突然堵車現象。系統會提示司機與前方行駛車輛保持20m的距離。然後隨機讓前方車輛緊急剎車,進一步觀察司機的反應。在針對18名測試者的調查中發現,駕駛員意識到他們需要減速剎車的時間,EEG的反應比腳踩剎車踏板平均快130毫秒。將EEG與EMG進行比較,多數情況下還是EEG更快。


德國研究人員模擬交通實境,將電極連接駕駛人頭皮及右腿,感測器監視被測大腦的活動,測得剎車意念出現在剎車動作前130毫秒,可減少剎車距離3.6公尺。這是研究人員首次使用腦部信號預測駕駛人即將剎車,這項研究將來或可用於開發以意念剎車的技術。


腦波剎車兩大爭議

不過,這項研究也存在著兩大爭議。第一個爭議是從大腦中取得的剎車意念渺小、且不夠明顯。紐約州衛生部沃茲沃斯中心(New York Department of Health’s Wadsworth Center)腦機介面(brain-computer interface)研究人員Gerwin Schalk指出,目前最大挑戰是如何有效利用大腦這個重要卻又微弱的剎車意念。此外,德國柏林工業大學研究員Benjamin Blankertz則認為,大腦會傳回假信息,比如真實危險情況下,駕駛者可能會使用方向盤來轉向、偏移或打空檔滑行來避開車禍,不一定必須猛踩剎車,剎車動作會依據實際狀況不同而採取,並非唯一方法。


第二個爭議,則是目前所測得的意念是在實驗室中進行,而真實開車上路該如何測得駕駛人的大腦信號,想必又是另一相當大的挑戰。受測者在實驗室中,坐在模擬器前,頭部接上64個電極後且不能隨意移動,如此才能自腦波圖和肌電圖中取得大腦資料。但實際駕駛汽車時,駕駛人卻可以隨意動作。


其實,以大腦意念控制刹車的研究仍在進行中,儘管研究成果或許無法真正開發出全自動刹車系統,但最終仍可能造就一個可考慮大腦訊息來輔助刹車的系統。


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