隨著我國(guó)第一個(gè)真正意義上的太空實(shí)驗(yàn)室——天宮二號(hào)的成功發(fā)射，由天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)研發(fā)的在軌腦－機(jī)交互及腦力負(fù)荷、視功能等神經(jīng)工效測(cè)試系統(tǒng)也一同進(jìn)入太空，將開啟首次太空腦－機(jī)交互實(shí)驗(yàn)。“腦－機(jī)交互將是未來人－機(jī)通信交互的最高形態(tài)。”項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人、天津大學(xué)精儀學(xué)院教授明東介紹，腦－機(jī)交互一直被列為美國(guó)最優(yōu)先支持發(fā)展的顛覆性創(chuàng)新技術(shù)之一，“這將是中國(guó)人領(lǐng)先歐美開啟的一次太空腦－機(jī)交互實(shí)驗(yàn)征程”。
即將在天宮二號(hào)上開展實(shí)驗(yàn)的神經(jīng)工效測(cè)試系統(tǒng)擁有64項(xiàng)授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利，1項(xiàng)軟件著作權(quán)，是天大“智”造的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)集群。天大神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事以助老、助殘、助特為目的的新一代腦－機(jī)交互基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)方面的研究工作。他們陸續(xù)設(shè)計(jì)出適用于全肢體中風(fēng)康復(fù)的純意念控制人工神經(jīng)機(jī)器人系統(tǒng)“神工一號(hào)”“神工二號(hào)”并在多地醫(yī)院臨床測(cè)試成功，曾被評(píng)為“中國(guó)可能改變未來的十大科技成果之一”，有力推動(dòng)了新興的腦－機(jī)交互技術(shù)在臨床康復(fù)領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。
此次在執(zhí)行載人航天空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)中，“神工”技術(shù)將為“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室的航天員太空中期駐留驗(yàn)證等作出貢獻(xiàn)，是“天宮二號(hào)”航天人因工程重點(diǎn)項(xiàng)目。
為何要在太空中率先開展腦－機(jī)交互研究？“從宏觀來說，人類的大腦因其復(fù)雜神秘而被稱為‘三磅宇宙’，探索宇宙與探索大腦存在著天然的關(guān)聯(lián)。”明東介紹，航天員在太空環(huán)境中，完成復(fù)雜作業(yè)任務(wù)受到極大的限制，腦－機(jī)交互可以不依賴外周神經(jīng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，將航天員的思維活動(dòng)轉(zhuǎn)化為操作指令，同時(shí)又能監(jiān)測(cè)航天員的腦力負(fù)荷等神經(jīng)功能狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互適應(yīng)，減輕作業(yè)負(fù)荷，是最為理想的人機(jī)交互方式。
通過腦力負(fù)荷與視功能測(cè)試系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)獲取并解析航天員在作業(yè)任務(wù)時(shí)的感覺（視覺）和認(rèn)知（腦力負(fù)荷）功能相關(guān)的生理信息變化。在軌腦－機(jī)交互系統(tǒng)針對(duì)太空飛行過程中的各類約束條件開發(fā)了適于在軌環(huán)境的高識(shí)別度、高穩(wěn)定性的腦－機(jī)交互自適應(yīng)檢測(cè)設(shè)備與處理技術(shù)，構(gòu)建了針對(duì)航天員個(gè)體的高度個(gè)性化定制的腦－機(jī)接口判別模型，設(shè)計(jì)了腦電特征強(qiáng)化誘導(dǎo)訓(xùn)練策略，優(yōu)化了腦電特征與系統(tǒng)模型的耦合效率，大幅提升了腦－機(jī)在線操作的工作。
“這是我們團(tuán)隊(duì)首次參與航天任務(wù)，師生們?yōu)榇烁冻隽似D苦的努力，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。”明東介紹說，2012年3月，天津大學(xué)神經(jīng)工程團(tuán)隊(duì)與中國(guó)航天員中心人因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正式簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，致力于我國(guó)在軌腦－機(jī)交互裝置與技術(shù)的研制和發(fā)展，其間進(jìn)行了多次原理演示和可行性論證，尤其近一年中團(tuán)隊(duì)先后完成了所需的5個(gè)軟硬件子項(xiàng)目的開發(fā)和調(diào)試，開展地基人體實(shí)驗(yàn)近千次，最終通過了航天員中心的嚴(yán)格評(píng)審。
明東曾通過紀(jì)錄片《生命密碼：三磅的宇宙》向世界解讀“腦機(jī)交互”這一項(xiàng)令人激動(dòng)的科技成果。“我們貼切地將這一計(jì)劃稱為‘天地同心’或者‘太空諦聽’，因?yàn)榭梢宰尩孛娴臋C(jī)器人分身傳達(dá)著遠(yuǎn)在萬里之外、太空之上的航天員本人的某些思想。”明東說，“這一計(jì)劃若能成功，希望能夠吸引更多人來關(guān)注腦－機(jī)交互技術(shù)，關(guān)注中國(guó)神經(jīng)工程前沿科技的發(fā)展。”
