“脑―脑”通信模式研究

摘 要：人身上都有磁场，但人思考的时候，磁场会发生改变，形成一种生物电流通过磁场，而形成脑电波。脑电波也是一种电磁波，可以携带信息以及能量，而且不需要通过介质就可以传输，因此把这种直接通过脑电波来通信的方式叫做“脑-脑”通信模式，实现意识交流。清华大学医学院神经工程研究所的专家们成功地研制出“脑-机接口”系统（大脑和外界之间建立起一种直接的交流通道）的基础上产生的一种新的通信模式。该通信模式是在现有通信方式的基础上外加“脑-机接口”系统建立而成，也需要利用调制与解调技术，只是在发射与接收信号上利用的技术不同而已。而且在这种通信方式中，人的大脑这台庞大的机器占有极大的主导作用。

关键词：脑电波 意识交流 “脑-机接口”系统（BMI） “脑-脑”通信模式

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）010-100-03

1 引言

随着现代科技的高速发展，通信技术也得到了很大的提高，先后出现了3G，4G等新型移动通信技术，但是却依然不能满足一些人群的需要，如聋哑等残疾人。因此需要出现一种新型的通信方式来满足这些人群的需要，笔者所提出的这种“脑-脑”通信模式就是这种新型的通信方式。人的大脑就是一台功能强大的通信设备，同时具有编码器和译码器，可以把很多外在信号翻译为大脑可以识别的信号，例如把声音信号翻译为电信号。由于人的大脑在思维活动时，会产生脑电波信号，虽然是一种低频微弱信号，但是只要加以利用就同样可以被人脑识别的，这就是我提出“脑-脑”通信模式的一些基础。

这种通信方式可以实现私密话的交流，真正达到“一切尽在不言中”的效果。情人间不需要再用眉目传情了，在人多的场合下就可以直接私密交流了；图书馆、自习室、会议室等地方可以私下交流而不影响他人。因为不需要通过空气这种介质作为信道传输，因此在太空中也可以使用这种通信方式。

2 实现

2.1 理论依据

2.1.1 通信系统基本模型

通信系统基本模型包括：信源，发送设备，信道，接收设备，信宿，外加噪声源。

2.1.2 脑电波

（1）脑电波形成条件：

1）同步化：节律性的脑电波是许多神经元同时活动和同时抑制的结果。只有频率与位相皆相同，总和出来的波幅才能较大，否则就会相互抵消，甚至记录不出电位变化。通常，同步化的程度越大，则波幅越大而频率越低；反之，去同步化的程度越大，则波幅越小而频率越高。

2）神经元的排列方向一致：大脑皮层的锥体细胞排列非常整齐，其顶树突都伸向皮层表面，因此，脑电波的形成，极有可能是由于许多锥体细胞产生的电位自细胞体传向皮层表面的结果。当这些锥体细胞进行同步活动时就会产生强大的电场，才能在皮层表面记录出来。

（2）脑电波的高度特异性。

每个人的脑电波特征码都是唯一的――脑电波指纹，因此，可以用于身份的鉴定。

（3）脑电波原理。

大脑工作时，神经细胞中离子运动的运动产生电流，大脑150亿的神经元（脑细胞）不断释放出微电流。大脑总的电流活动情况可以用脑电分析仪（EEG）测量记录下来，这种大脑电流活动的形态各不相同，有快有慢，由此产生了各种频率的脑电波。科学界公认的脑电波主要有四种状态，神经科学界根据脑波的频率分成四个主要类别：震荡频率范围分别为8Hz-14Hz、14Hz-100Hz、4Hz-8Hz、0.5Hz-4Hz。

2.2 运用依据

2.2.1 电子精神控制技术

电子精神控制技术是通过高灵敏的接收元件接收并放大大脑活动所产生的微弱脑电波电磁辐射信号，经专门的译码软件处理就可读懂大脑内部的思维活动，反过来通过向神经系统发射调制后的特定脑电波信号，也可以向人脑直接写入信息，从而实现对人脑的直接遥控。

2.2.2 其他运用实例

如脑电波控制小球升降，通过脑电波控制机器运行（清华成功研制意念控物电脑，用脑电波控制机器狗踢球），脑电波对抗游戏等等。

3 “脑脑”通信模型构思

装置：发送调制后的脑电波信号，或者接收解调后的脑电波信号；基站：用于远距离通信时，类似于联通、移动等的基站。人的大脑是一部功能强大的通信设备，同时具有编码器与译码器功能。该模型涉及到的学科有物理，生物，医学，信息等；领域有信息技术，生物技术，新材料等。

4 模型设计及核心思想

4.1 关键问题

人的大脑如何识别这些脑电波信号？我们知道，现在我们日常交流都是通过声音信号，因为声波是机械波，可以产生振动。声音传到耳朵里，引起耳内耳蜗管的振动，并传到听觉神经，最后传到大脑，从而使人能够听到声音。而我们现在要通过脑电波交流的话，最重要的问题就是人的大脑如何识别外来的脑电波信号。如果大脑不能识别这些信号，就不能实现交流，就不能完成双方通信了。因此，现在我们需要解决的难题就是如何让我们的大脑来识别这些外来的脑电波信号，或者说是我们大脑如何接收他人的脑电波信号。

4.2 解决方案

方案一：转变为声音信号传给大脑。

我们知道人可用两种方式获得声音信号：（1）通过声波直接传到耳朵，引起听骨的振动，产生微弱的电信号，大脑感知声音；（2）把振动体放在耳后的听骨上，直接把声音传到听骨上，产生电信号，让大脑感知声音。现在已经有技术可以将人的脑电波信号转变为声音信号了，然后我们可以利用骨传声耳机直接将转变后的声音传信号传递给听觉神经，从而让聋哑人之间可以交流了。声音通过头骨、颌骨传到听觉神经，引起听觉叫骨传导，骨传声耳机是就是利用骨传导原理制成的。

方案二：脑电波信号直接传给大脑。

人的大脑可以产生脑电波信号，也就可以接收脑电波信号，只不过不能直接就那样接收。大脑思维是通过短距离高压放电的电活动来产生和工作的，大脑的信息读取是通过神经递质产生的电位差来读取电信号的。换而言之，除非我们能够让目标大脑产生一个精确的电位差。否则对方大脑不能接收这个信号，就像给自己手机开办了短信业务，对方收不到你短信。我们传递过去的脑波信号，不过是噪音而已。因此，笔者认为最起码我们发过去的脑电波要变成和对方同频率的信号，引起共鸣。但即使是同频信号，虽会产生一定作用。但是，由于这些同频干涉波，会让大脑的正常活动受到电磁干扰而发生偏移，产生幻觉，疼痛，心血来潮，突然脾气爆发等等。

所以要让对方大脑能够接收外来的脑电波信号，就必须把这些外来的脑电波信号“同化”，让自己的大脑能够识别他人的脑电波信号。这种把他人的脑电波信号“同化”的技术已经有了，虽然还不成熟，但足以说明这样的做法是可以实现的。其中脑电波指纹仪就是其中的代表，脑电波指纹仪除了可以接收人的脑电波外，同时也能通过反馈将脑电波信号传送给被害人的听觉神径，而且不是通过声波，而是一种能被人接收的脑电波机反馈信号。也就是说脑电波指纹仪能够将他人的脑电波信号“同化”成能被自己大脑接收的信号。

4.3 突破点，创新点

（1）无介质传输，因为脑电波区别于声波这种机械波，脑电波是一种电磁波，可以不通过介质传输。

（2）提出了大脑接收脑电波的方式，解决了以往只能采集脑电波信号，通过仪器来分析这些信号而识别大脑活动和大脑意识。这种突破可以实现人的意识交流，人的大脑直接读懂他人的意识。

（3）手机等通信设备只能一次性接收一方信号，而人的大脑可以同时接收多方信号。正如我们在交谈时，可以和多个人交谈，听取多人的意见。

（4）直接利用大脑这台庞大的通信设备，同时具有编码器与译码器功能，从而省去了其他通信设备中编码解码技术。

5 最终模型

由于脑电波信号是小信号，频率很低，即使距离很近，也根本不足以传播出去。因此还是需要加载到高频信号才能传输出去。而在接收方必须将解调后的脑电波信号“同化”后才能接收。

6 不足之处

（1）噪声干扰。因为脑波信号本就很微弱，是低频信号，如果有很强的噪声干扰的话，整个信号就变成了噪声信号，那么对方收到的就不是脑电波信号，就变成了噪音。这些噪音进入人的大脑，会严重影响人的大脑正常工作，让大脑产生幻觉，疼痛等。

（2）材料昂贵。现如今安放在人大脑上的硬件装置是由一种昂贵的碗状的帽子组成，上面布满电极；而需要“同化”脑电波的装置也很昂贵。

（3）不够便捷。安放装置比较麻烦，这种帽子要戴在人头上很费时间，而且需要在人的脑袋上涂上凝胶体，将电极粘在头皮上，以此把电极和大脑皮层连接起来。这些加起来的装置戴在头上很是笨重，人行动起来很是不方便。

（4）技术不成熟。现如今与脑电波相关的技术还不是很成熟，对大脑的研究还处于探索阶段，还有一段很长的路。

7 展望

（1）由于脑电波具有高度特异性，每个人的脑电波特征码都是唯一的――脑电波指纹，类似人的手指指纹。只有利用自身脑电波指纹才能接收到脑电波信号，而旁边的人因为脑电波指纹不同而无法收到这种脑电波信号，所以用脑电波信号交流的这种通信方式保密性很好。因此将其运用到一些机密会谈上很是适用。

（2）由于不需要介质传输，这种通信方式也很适合运用到太空飞行员，空间站人等的相互交流；一些聋哑人更可以利用这种通信方式交流。而且研究开发这种通信技术，对探索大脑功用也取到一定推动帮助作用。

8 结束语

这套模型能否制作出来，还有待需要做一些实验得到验证，由于没有一些仪器设备以及材料，笔者无法将这个模型或者这个实物制作出来，但是只要给充足的实验条件，经过一些实验是可以做出这个模型的。一些不足之处也可以想办法来加以改善的，例如噪声干扰的问题可以通过加滤波器来改善；装置不够便捷，可以改用纳米材料。用纳米材料植入到大脑神经，这种方法有一定的风险，可能会影响人的大脑中枢运作，不能轻易尝试，需要反复做实验，认真研究方可实行。而且刚开始的运用也只能是在一些动物身上，因为人的大脑中枢还是比较脆弱的，很容易损坏大脑组织。

这种通信方式能不能真正实现，还有很多因素制约着，但笔者认为这种通信模式是可以行得通的。

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