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2005年6月1日,周三下午,两点整。
林煜站在清华大学医学院楼六层的一扇门前,门上挂着一块铭牌:
韩世文脑机接口实验室
Han Shiwen Brain-Computer Interface Lab
他深吸一口气,抬起手,敲了敲门。
“进来。“里面传来韩教授的声音。
推开门,林煜第一眼看到的,是满屋子的仪器设备。
实验室大约有一百多平米,被分成几个区域:信号采集区、数据处理区、休息讨论区。墙上贴着各种脑电图、功能成像图,还有一些学术海报。空气里有淡淡的消毒水味道,混合着电子设备特有的气息。
韩教授正在一台电脑前,看到林煜,笑着招手:“来了?进来吧。“
林煜走进去,关上门,环视四周,眼神里满是好奇和震撼。
“第一次进脑机接口实验室?“韩教授问。
“是的,老师。“林煜点头。
“那我先给你介绍一下。“韩教授站起来,带着林煜走向第一个区域,“这是我们的信号采集区,也是实验室的核心。“
第一个映入眼帘的,是一套脑电图设备。
“这是64导联的EEG系统。“韩教授指着一个像头盔一样的装置,“EEG,就是脑电图,Electroencephalography的缩写。它通过头皮上的电极,记录大脑神经元群体活动产生的电信号。“
林煜走近,仔细看着那个“头盔“。
它是由黑色的弹性材料制成,上面密密麻麻分布着64个小金属电极,每个电极通过细细的导线连接到一个放大器上,放大器再连接到计算机。
“64个电极,对应大脑皮层的不同区域。“韩教授继续解释,“通过这些电极,我们可以同时记录多个脑区的电活动,然后分析它们之间的关系。“
林煜的手不自觉地伸向那个EEG帽,但又停在半空。
“想摸摸看?“韩教授笑了,“没关系,拿起来看看。“
林煜小心翼翼地拿起EEG帽,感受它的重量。很轻,但密布的电极让它看起来很复杂。
“这套设备,可以记录0.1到100赫兹的脑电信号。“韩教授说,“时间分辨率达到毫秒级,虽然空间分辨率比不上fMRI,但对于研究大脑的动态过程,EEG是最好的工具之一。“
他指向旁边的另一台大型设备:
“那是fMRI,功能性磁共振成像仪的控制台。“
林煜看过去,那是一台巨大的机器,像一个白色的甜甜圈,中间有一个可以滑动的床。
“fMRI利用磁场,检测大脑血氧水平的变化,从而推断出哪些脑区在活动。“韩教授说,“它的空间分辨率很高,可以精确到几个毫米,但时间分辨率比EEG差,只有秒级。“
“所以EEG和fMRI是互补的?“林煜问。
“完全正确。“韩教授赞许地点头,“EEG告诉我们'什么时候',fMRI告诉我们'在哪里'。把两者结合起来,我们就能更全面地理解大脑活动。“
他又指向第三个设备,一个看起来像大炮一样的东西:
“这是TMS,经颅磁刺激仪。“
“这个……是干什么的?“林煜好奇地问。
“简单说,就是用磁场刺激大脑特定区域的神经元。“韩教授解释,“TMS可以暂时增强或抑制某个脑区的活动,我们用它来研究因果关系。比如,刺激运动皮层,会引起手指的抽动;刺激视觉皮层,会产生闪光感。“
林煜听得入迷,眼睛一眨不眨地盯着这些设备。
“还有这边。“韩教授带他走向数据处理区,“这些是信号处理工作站,配备了最新的多核处理器和大容量内存。我们用MATLAB、Python等软件,对采集到的脑电信号进行分析。“
几台高性能电脑一字排开,屏幕上显示着各种波形图、频谱图、三维脑图。
林煜看着那些跳动的曲线,心跳加速。
这就是脑机接口的世界,这就是他梦寐以求的地方。
“林煜,想不想亲自体验一下?“韩教授突然问。
“体验?“林煜愣了一下。
“戴上EEG帽,看看你自己的脑电波。“韩教授笑着说,“这是每个新人的必修课。“
“可以吗?“林煜的眼睛亮了。
“当然。来,坐这里。“韩教授指了指信号采集区的一把椅子。
林煜坐下,韩教授拿起那个64导联的EEG帽,开始给他戴上。
“放松,别紧张。“韩教授一边调整电极位置,一边说,“这个过程有点麻烦,需要保证每个电极都和头皮良好接触。“
他用注射器往每个电极里注入导电膏,确保信号传导。林煜能感觉到头皮上凉凉的,有点痒,但他一动不动,生怕影响测量。
十几分钟后,EEG帽终于戴好了。
“好了,现在你就是我们的被试了。“韩教授走到电脑前,打开采集软件,“先做一个基线测试。闭上眼睛,放松,什么都不要想。“
林煜闭上眼睛,努力让自己放松。
电脑屏幕上,64条曲线开始跳动。
那是林煜的脑电波,是他大脑此刻正在产生的电信号。
韩教授看着屏幕,眉头微微皱起,然后又舒展开来。
“很有意思……“他喃喃自语。
“老师,怎么了?“林煜睁开眼睛。
“别动,继续闭眼。“韩教授说,“我看到一些很特别的模式。“
林煜重新闭上眼睛。
而就在这一刻,他的“规则视野“启动了。
不,不是启动,而是……自发地出现了。
因为他现在戴着EEG帽,那些电极正在记录他的脑电活动,而他的“规则视野“,也在同步地“看见“这些活动。
于是,一个奇妙的闭环形成了。
林煜闭着眼睛,但他“看见“了。
他看见自己的大脑,不是解剖学上的结构,而是——能量的流动,信息的传递,规则的显现。
他看见α波(8-13Hz),在枕叶的视觉皮层有规律地振荡,像海浪一样,一波接一波,柔和而有力。那是放松状态下,视觉系统的默认节律。
他看见β波(13-30Hz),在额叶的前额皮层快速闪烁,像星星一样,忽明忽暗。那是思维活动的标志,是大脑在处理信息,在计算,在推理。
他看见θ波(4-8Hz),在颞叶的海马体缓慢流动,像河流一样,蜿蜒曲折。那是记忆系统的节律,是大脑在巩固记忆,在整理信息。
他还看见γ波(30-100Hz),在多个脑区之间跳跃,像闪电一样,连接着不同的神经网络。那是意识的标志,是不同脑区同步活动的体现。
这些波,不是孤立的,而是相互影响,相互调制,形成复杂的、动态的、非线性的模式。
林煜第一次如此清晰地“看见“大脑的运作,第一次理解什么叫“神经振荡“,什么叫“网络同步“,什么叫“信息整合“。
那是一种难以言喻的震撼。
就像第一次看到星空的人,会被宇宙的浩瀚震撼一样。
他的大脑,原来是这样运作的。
他的意识,原来是这样产生的。
他的“规则视野“,原来就是大脑超频运转的结果——是那些异常活跃的神经网络,是那些比常人更强的同步振荡,是那些……
“林煜?“韩教授的声音打断了他的思绪,“你还好吗?“
林煜睁开眼睛,发现自己满头大汗,心跳很快。
“我……我没事。“他说,声音有些颤抖。
韩教授看着电脑屏幕,眼神里有震惊,也有兴奋:
“林煜,你的脑电模式非常特别。“
“特别?“
“你看。“韩教授把屏幕转向他,“这是你刚才闭眼放松时的α波,振幅是普通人的1.5倍,而且非常稳定,几乎没有波动。“