连接人脑和计算机的计算鬼成像架构

2023-06-12 11:05

文/陈根

日前，英国格拉斯哥大学物理学博士生王高，提出了一种连接人脑和计算机实现简单计算鬼成像（Computational Ghost Imaging, CGI）的架构。其相关论文《用人脑进行计算鬼成像》（Computational Ghost Imaging with the Human Brain）已经发表在Intelligent Computing上。

所谓计算鬼成像（computational ghost imaging, CGI），是指使用关联计算获得物体信息。该研究成果可以对人眼的视线之外的物体进行成像，从而实现对人体视觉感知的增强，为增强现实、人机交互等领域的发展提供了新思路。

脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI），则是一种将人类大脑与外部计算机或机器连接起来的技术，通过识别和解析大脑发出的电信号，来控制计算机或机器的行为，以及读取或监测大脑的活动状态。其研究成果提供了一种探索大脑神经学的技术路线，为理解人类视觉系统的神经物理学机制提供了新线索，可被用于研究有意识和非意识下的脑电状态差异。

在计算鬼成像架构研发的过程中，王高把人类视觉系统当成探测器；调研了脑机接口中常用的视觉诱发信号，选取了稳态视觉诱发电位（SSVEP，steady-state visual evoked potential）作为成像探测的一部分。在此基础上，他通过大量实验，研究了光学刺激输入和 SSVEP 输出之间的强度关系，绘制了相应的热力图，为后续的成功成像提供了基础。同时，王高提出的自适应计算循环，将 SSVEP 信号对光学散斑进行实时反馈调控，借此加快成像速度、减少探测次数、以及缩短成像所需的时间。由此，他构建了计算鬼成像的深度神经网络，针对 SSVEP 实现了从强度探测序列到物体图像的成像映射，也降低了噪声的影响、提高了成像的质量。

王高计算鬼成像架构的研究成果在具体应用中有着巨大的潜力：

其一，在人体增强方面，使用脑机接口实现计算成像可以扩展人类的感知能力，例如实现对人的视线之外的场景进行成像。

其二，在人机交互方面，通过人眼实现对所注视区域的成像，有望增强残疾人与外界的交互能力。

其三，在神经物理学方面，本次成果提供了一种探索大脑神经学的技术路线，例如在有意识和非意识状态下脑电差异的表征。

其四，在医学方面，该技术可以为检查人脑的视觉通路的功能，提供一个潜在的框架和方法。

其五，在脑机结合方面，该技术可潜在地使用人类大脑强大的数据处理能力，来处理外部环境中的视觉刺激，并通过读取 BCI 所记录的脑电信号来完成复杂任务。例如，使用人类大脑识别或分类图像。

原文标题 : 陈根：连接人脑和计算机的计算鬼成像架构