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公開資料顯示，NextMind 是依靠機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建非侵入性神經(jīng)界面的初創(chuàng)公司之一。2019 年 9 月，F(xiàn)acebook 收購了 Ctrl-labs ，后者當(dāng)時(shí)正在開發(fā)一種肌電描記器腕帶，可以將肌肉神經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令。而 NextMind 目前正在開發(fā)的無創(chuàng)設(shè)備，是一種腦電圖（EEG）讀取分析裝置，戴在人腦后部視覺皮層所在的部位。NextMind 在 CES 2020上獲得了“ VR / AR 最佳創(chuàng)新獎(jiǎng)”和“可穿戴技術(shù)榮譽(yù)獎(jiǎng)（ Honoree in wearable technologies ）”。NextMind 目前由 15 人組成，分布在軟件、機(jī)器學(xué)習(xí)、硬件和游戲開發(fā)等領(lǐng)域。
兩條途徑
如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)呢？
第一步解碼意圖輸出。NextMind 希望可以直接通過大腦來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互。實(shí)現(xiàn)不僅是“看到的”，更是“想到的”的。
當(dāng)用戶專注于觀察某項(xiàng)事物時(shí)，這項(xiàng)事物的對應(yīng)信號(hào)就會(huì)反饋在大腦的視覺皮層，體現(xiàn)為腦電圖的獨(dú)特波動(dòng)。大腦的視覺皮層不僅會(huì)接收眼睛輸入的信息，同時(shí)也會(huì)放大這些神經(jīng)信號(hào)。
Kouider 說，“我們對大腦的運(yùn)作方式特別是視覺意識(shí)、知覺和注意力的運(yùn)作方式有很好的理解，這也是我們能夠發(fā)明這種被稱為“數(shù)字神經(jīng)同步”的新方法的原因。我們不解碼視覺意圖本身，而是解碼視覺意圖的輸出。”
Kouider 繼續(xù)說道，“當(dāng)用戶環(huán)顧四周并聚焦于某個(gè)對象時(shí)，有關(guān)這個(gè)對象的神經(jīng)信號(hào)就會(huì)放大，我們就會(huì)知道用戶想移動(dòng)或激活這個(gè)物體。物體和大腦之間是存在神經(jīng)共鳴的，注意力越集中，共鳴就越強(qiáng)，機(jī)器學(xué)習(xí)解碼的程度就會(huì)越高。最終，我們就可以確認(rèn)用戶是要移動(dòng)那個(gè)東西。”
這也是為什么NextMind的設(shè)備有別于眼動(dòng)儀（ eye tracker ）。眼動(dòng)儀無法感知用戶意圖的。Kouider舉了一個(gè)簡單的例子，他在自己面前舉起一個(gè)杯子，并注視坐在自己前面的人。此時(shí)，眼動(dòng)儀無法判斷 Kouider 是在看著人還是杯子。但是，NextMind 設(shè)備就可以，它不僅知道你看到了什么，還能知道你想看的是什么。
目前，解碼視覺意圖輸出只是第一步，第二步并行的軌道是解碼視覺想象力（visual imagination），這樣即使用戶閉著眼睛，設(shè)備一樣可以知道用戶在想什么，也就是可以讀出腦海中的畫面。
Kouider 說“大腦視覺皮層既是外部世界信息輸入的區(qū)域，又是記憶、想象力的輸出區(qū)域。視覺皮層中提供視覺意識(shí)的神經(jīng)元就是用來處理外界信息的神經(jīng)元。”解碼視覺意圖和解碼視覺想象力這兩條軌道將在同一硬件上一起應(yīng)用。不同的軟件和算法將針對性的處理不同的任務(wù)。
介于視覺信息和視覺想象這兩個(gè)極端之間的就是視覺注意力。人們對視覺注意力的控制是自上而下的，它受前額葉皮層等其他大腦區(qū)域的控制。視覺注意力的集中會(huì)增強(qiáng)一些特定的神經(jīng)元，這就是 NextMind 所要解讀的東西。
重約60克，具有8個(gè)電極
在 2017 年 9 月創(chuàng)立 NextMind 之前，Kouider 是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)教授，曾在《科學(xué)》和《自然》上發(fā)表過有關(guān)視覺意識(shí)和大腦的論文。他的工作主要針對無法說出或無法表達(dá)自己思想的人群。在積累了許多無創(chuàng)解碼神經(jīng)信號(hào)的專業(yè)知識(shí)后，Kouider 希望開發(fā)一種真正可以實(shí)時(shí)交互的產(chǎn)品。
所以，NextMind 的目標(biāo)是做從視覺皮層實(shí)時(shí)地解碼視覺意識(shí)，進(jìn)行腦機(jī)交互。Kouider 希望讓這個(gè)技術(shù)廣泛的普及，讓用戶可以借此與任何顯示器進(jìn)行腦機(jī)交互。
NextMind 的設(shè)備重約 60 克，具有 8 個(gè)電極，用于測量大腦活動(dòng)。8 個(gè)是保證數(shù)據(jù)不丟失情況下的最小電極數(shù)目。另外，真正實(shí)現(xiàn)突破的是 NextMind 可以讓電極本身獲取更多的神經(jīng)數(shù)據(jù)，從而提高機(jī)器學(xué)習(xí)的效果。
他們使用了新的高靈敏度材料，使其設(shè)備的 SNR（信噪比）比臨床腦電圖提高了約4倍。并且電極的形狀很像梳子，可以穿過頭發(fā)觸達(dá)頭皮以獲得良好的信號(hào)。
在第一次使用時(shí)，NextMind 的設(shè)備首先要對用戶的大腦進(jìn)行初步了解。它會(huì)通過一次校準(zhǔn)和軟件訓(xùn)練來建立用戶的神經(jīng)特征模型。過程包括用戶需要將注意力集中在一些會(huì)出現(xiàn)在屏幕上不同位置的綠色三角形圖案。整個(gè)過程只需要幾分鐘，用戶需要保持沉默以獲得一個(gè)更加準(zhǔn)確的模型。
解放雙手
Kouider 說，“視覺皮層包含有關(guān)形狀、方向、邊界、顏色和運(yùn)動(dòng)各類信息。”
目前這些測試需要依靠特定的形狀和顏色，但 Kouider 表示，很快 NextMind 的設(shè)備就將擺脫對于顏色的依賴，可以解碼任意形狀，甚至不需要具體圖案。“我們改進(jìn)了硬件，我們改進(jìn)了機(jī)器學(xué)習(xí)算法。這些都可以提高設(shè)備對于視覺神經(jīng)信息的認(rèn)知。”
“目前硬件是最主要的限制。但這不僅是我們的問題，也涉及到任何需要成像問題。雖然核磁共振（ MRI ）的圖像分辨率很高，但我們肯定沒法用它。就像任何機(jī)器學(xué)習(xí)創(chuàng)業(yè)公司都面臨的問題一樣，數(shù)據(jù)量限制了可以走多遠(yuǎn)。”
到目前為止，NextMind 的研究成果還停留在演示階段，他們也在努力尋找非常高價(jià)值的應(yīng)用場景。因此，公司目前準(zhǔn)備推出開發(fā)套件。
第一，他們希望借此獲得更多數(shù)據(jù)以改善其機(jī)器學(xué)習(xí)算法；第二，他們也希望借此探索更多的使用場景。
Kouider 提到，NextMind 引起了自動(dòng)駕駛汽車制造商的興趣。他們設(shè)想將電極直接放在汽車座椅上，車輛可能不再需要方向盤，乘客可以躺在座椅上并控制汽車，同時(shí)也不需要佩戴任何設(shè)備。
Kouider 表示，“如果使用較小的版本，將 NextMind 的設(shè)備后置在 AR 頭顯設(shè)備的頭帶上，它將成為一個(gè)很好的潛在應(yīng)用場景。用戶可以將其與手勢配合使用，還可以將其與眼動(dòng)追蹤配合使用。”
Kouider 提到的另一個(gè)應(yīng)用場景是神經(jīng)監(jiān)測。比如飛機(jī)出現(xiàn)了故障，警報(bào)響起，但飛行員沒有注意到也沒有做任何反饋，NextMind 的設(shè)備就可以檢測到這一情況，并據(jù)此調(diào)整警報(bào)，讓它更加明顯。“但是對我們而言，重要的是進(jìn)行控制，而不是監(jiān)視，為此我們也在不斷優(yōu)化算法讓它更快。”
“我們最主要的成就是第一次實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的大腦互動(dòng)，” Kouider 說。“不過用不了三四年，我就可以閉上眼睛思考一下我的妻子和孩子，他們的照片就會(huì)顯示在屏幕上，這樣的場景已經(jīng)不遠(yuǎn)了。從理論上這行得通，只是需要對神經(jīng)信號(hào)更進(jìn)一步的處理。雖然我們知道大腦運(yùn)行的原理，但是一旦涉及到要實(shí)時(shí)處理，就會(huì)變得非常棘手。”
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