美国预算打造“阿凡达”展示

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     作者:曾华锋,石海明,刘昱东
    单位：国防科技大学
    近日，美国国防部高级研究计划署(DARPA)在2013年的预算报告中，披露了一项名为“阿凡达”的尖端军事科研项目，旨在打造一支通过远程控制人脑作战的“机器人军团”。消息一出，即引发全球关注。科幻电影《阿凡达》中的生物战士真要走进现实？美军有关脑控技术的研究进展如何？BCI技术将如何涂抹未来战神的面孔？
    DARPA是Defense Advanced Research Projects Agency的简称，由于翻译的原因，又译为美国国防部先进研究项目局、美国国防先进研究项目局等。是美国国防部重大科技攻关项目的组织、协调、管理机构和军用高技术预研工作的技术管理部门，主要负责高新技术的研究、开发和应用，所承担的科研项目，多为风险大而潜在军事价值也大的项目，一般也是投资大、跨军种或三军不管的中、远期项目。40多年来，DARPA已为美军研发成功了大量的先进武器系统 ，同时为美国积累了雄厚的科技资源储备，并且引领着美国乃至世界军民高技术研发的潮流。



　　2010年，科幻电影《阿凡达》在全球上映。影片中，受伤的退役军人杰克靠意念远程控制其替身在潘多拉星球作战。3DIMAX版的画面效果，想象瑰奇、气魄恢弘的《阿凡达》，在带给观众的一场视觉盛宴的同时，也将尖端科技主导的战争以科幻形式呈现在人们面前。如今，从美国国防部高级研究计划署(DARPA)的预算报告中，我们发现，原来影片中出现的用意念控制“战士”作战，已经不再只是幻想。这就是BCI，又被称作直接神经接口技术，一种可能改变未来战争面貌的“脑—机”接口技术。



　　神秘的BCI究竟是什么
　　据了解，BCI技术有单双通道之分，单通道BCI技术只能在同一时刻用电脑接受大脑指令或向大脑发送指令，而双通道BCI技术则能在大脑和电脑之间同时建立起信息交互链路。目前，世界各国研发机构公开的成果，主要集中在单通道BCI技术领域，该技术通过直接采集来自大脑的神经生物学信号，并将其转换为输出指令，而不依赖正常的外围神经中枢和肌肉组织输出通道来实现指令传送。
　　追溯历史，我们发现BCI技术并不久远。1973年，美国科学家维达尔首次产生了BCI技术的概念萌芽，时隔4年后，其将BCI技术初步定义为：一种能反映大脑功能内在机理微观信息的计算机系统技术。与此同时，维达尔还以视觉刺激产生的视觉诱发电位(VEP)作控制信号，建立了一个操作者通过控制光标成功穿越二维迷宫的BCI技术系统。1988年，科学家法威尔和杜切尔利用P300事件相关电位(ERps)实现了用大脑直接控制虚拟打字机的操作。1999年，第一次BCI国际会议给出了BCI的明确定义，即“脑—机”接口技术是一种不依赖于通常由外围神经和肌肉组成的传输通路的通讯系统技术。



　　BCI技术的内在原理是，当一个人的大脑在进行思维活动、产生意识(如动作意识)或受到外界刺激(如视觉、听觉等)时，伴随其神经系统运行的还有一系列电活动，这些脑电信号(EEG)可以通过特定的技术手段加以检测，然后再通过信号处理(特征提取、功能分类等)，从中辨别出当事人的真实意图，并将其思维活动转换为指令信号，以实现对外部物理设备的有效控制。基于该原理，BCI技术系统像任何通讯及控制系统一样，由输入(如使用者的EEG信号)、输出(如控制外部设备的指令)、信号处理和转换等功能环节组成。





　　BCI技术系统的关键技术包括大脑神经生物信号采集技术、大脑神经生物信号处理技术及人机高效交互技术。一般BCI技术常用的输入信号是来自头皮或脑表面记录的EEG，以及大脑内记录的神经元电活动。信号处理环节就是通过对源信号进行适当的处理分析，把连续的模拟信号转换成用某些特征参数(如幅值、自回归模型的系数等)表示的数字信号，然后将提取到的上述特征参数利用分类器进行功能分类，从而产生操作驱动指令，通过物理传输装置实现与外界的有效交流。
　　“技术制胜”是美国军事战略思维的重要特征之一，不难理解，BCI技术的相关突破早已进入美国军方的视野。


动物通过大脑信号控制机械示意图
　　美BCI研究已经非常深入
　　美国国防部前副部长、军控和裁军总署前主任弗莱德·查尔斯·伊克莱，在其名为《国家的自我毁灭》一书中，对BCI技术的军事应用前景给予了高度关注。他写道：“目前已有数百个试图将人脑同计算机相结合的独立研究计划。一开始，这些研究得到的资助很少，有些只是玩玩概念游戏而已。但近期对人脑与电脑相结合的研究项目BCI技术得到了重视，在美国和欧洲的大学里，这类项目的数量成倍地增长。”他进一步指出，“我们必须对人脑研究的发展进程加以关注。神经科学对人脑的功能——即智力、意志、情感和神秘的‘意识’功能——日益加深理解。在一些无需进入人体的新探测技术的帮助下，科研人员可以观察人脑的思维功能。新的探测仪器包括功能磁场声波成像仪，穿头盖骨磁震荡仪以及阳电子释放体层摄影仪等。这些仪器已经能够提供人脑在从事特定活动时有价值的数据。近来，科学家已成功地使用纳米感应器和荧光成像仪来观察个别脑细胞的化学变化。”
　　与伊克莱的关注相呼应，目前，在美国DARPA的军事科研项目中，也提到“该项目旨在利用脑机接口技术探索扩展人类机能，利用获取的神经代码进行整合和控制入侵式设备和系统。项目跨越多学科迎战科技新挑战，它将要求集合各学科的人员来完成通过大脑活动进行人类互动并直接控制机器的目标。”



　　此外，据我国军事学者王蔚的研究，美国国防部近年来还执行了以下一些相关项目：制造在视频信号中叠加视觉潜意识指令材料的设备；神经系统的潜意识声音操纵，与共振频率调谐的潜意识声音脉冲，能够激发人类的感觉共鸣；潜意识信息保护；无声潜意识交流系统，运用超低、超高或近超生波等非声音载体，将希望传送的信息用调幅或是调频的方式调制，用声波或是振动的方式播送，特别是通过喇叭、耳机、压电设备等送达对方大脑，引导其产生预期行为；向人的头部发射特殊波形调制的100兆赫兹到10000兆赫兹的微波，在其头部产生声音。
　　除了上述研究项目外，DARPA还借助军地双方技术力量，研究超物理学、纳米技术、机器人、生物技术、无性繁殖及人体冷冻学等学科对人大脑的影响。值得我们关注的包括以下研究项目：脑听器，可以将声音转化为能够沿着皮肤传入大脑的电子脉冲；心灵及生理影响系统；无线电催眠发生器；旨在研究控制动物大脑的关键技术及相应的脑定位的“MKULTRA”项目，该报告称其“对几种动物行为进行远程控制的可行性已经得到验证。”
　　涂抹未来战神的面孔
　　读脑术一直是科幻作品关注的焦点。在别利亚耶夫的《大独裁者》里，主人公施奈德发明了无线脑波控制装置，从最初的抢劫银行，到后来与世界各国军队较量，施奈德一次次打败了敌人。1939年，中国科幻作家顾均正也创作了同样题材的《和平之梦》。在小说中，一个深入美国的“极东国”间谍尝试用无线电干扰美国民众的政治态度。此外，在中国科幻作家王晓达的小说《波》中，战斗也是以电波使对方飞行员大脑产生幻觉的方式获胜的。
　　从科技进步与战争演进的历史来看，曾经出现在科幻作家笔下的军事技术在日后皆引发了军事领域的变革。在一些人看来，留有科幻色彩的BCI技术距离走上战场还十分遥远。然而，从DARPA对相关科技的资助来看，制脑权战争何尝不是未来军事变革的一个趋势？



　　对于DARPA正在努力攻关的军事科研项目，2007年，美国军事学者乔纳森·莫雷诺出版了一部名为《制脑权战争：脑科技研发与国家安全》的著作，该书全面介绍了美军旨在打造未来“精英战士”的计划与前景。
　　其中，美国空军正在积极研究如何利用脑电及肌体协同控制以提高战斗机飞行员的快速反应能力，其实施的ACT(替代控制技术，Alternative Control Technology)计划中就包含了BCI技术的研究。此外，BCI技术还能增强军事训练的实战性和对抗性，提高模拟训练的效果，尤其能较好地解决军事训练中的反馈和过程回放问题，给军事训练的评估和方案的制定提供依据。当然，大多数BCI技术系统仍然处于实验室研究阶段，距离真正走上战场还有诸多难题。但我们相信，随着计算机科学、神经生物学等学科的不断发展与交叉融合，BCI技术必将日趋成熟。


凡达
　　DARPA作为一座架设在基础研究与军事应用之间的桥梁，其本身就是一个带有神秘色彩的特殊部门，其职能在于，永远驻守在军事科技创新的前沿阵地，竭力张开想象的翅膀，将自己的触角伸向遥远的未来，通过原始概念创新，引领武器装备发展，以避免他国“技术突袭”，确保美国“技术优势”。
　　可以预计，根据军事技术先行发展的规律，BCI技术一旦取得重大突破，将会首先被运用于战争领域，并将取得出乎意料的效果。


凡达
        DARPA(美国国防部先进研究项目局)
        该局的基本任务是开拓新的国防科研领域，为解决中、远期国家安全问  DARPA在美国弗吉尼亚州的总部题提供高技术储备，研究分析具有潜在军事价值、风险大的新技术和高技术在军事上应用的可能性；按下达的科研计划的目的和要求，对国防部长批准的跨军种的重大预研项目进行技术管理与指导。该局所管的项目一部分由本部门提出，一部分由国防部长或国防部长办公厅下达，还有一些由高等院校和工业部门提出。该局虽然不是统管三军预研工作的职能机构，但在保持美国军事技术领先地位，牵头组织多军种联合科研计划、安排、协调和管理跨军种科研项目及节省科研力量和科研经费，缩短研究周期等方面效果显著。web3D纳金网www.narkii.com