今年生技月的生技之星-Mindo

交大林進燈教務長的精采分享

 

 記錄:機械102 許天亮

(本文是在環宇電台專訪林進燈的精彩節錄,謝謝交大學弟許天亮的整理)

 

七月下旬的台灣生技月已選出今年的大會之星-Mindo」腦波帽,是由交大教務長林進燈所研發,可以用「念力」隔空玩電玩、賽馬、左右遙控汽車方向的「未來世界」,實際體驗這套腦波意念控制系統媲美哈利波特「腦波帽」的神奇魔力。

這套由交大腦科學研究中心林進燈教授團隊費時八年以上研發的智慧感知腦機介面 –Mindo,總計開發有3款機型,外型和一般頭戴式耳機類似,輕、薄、短、小,可分別量測不同通道的前額腦波,以及16通道的全頭腦波,能分析使用者的生理狀態和專心程度。交大Mindo團隊師生五十人,與美德跨國合作,累積相當先進的研究成果與心得,以下是林宏文學長邀請交大教務長林進燈林教授,談談Mindo的傑出的研發成就。

 

主持人:很謝謝林教授來上我們節目,Mindo這個計畫做了八年,是不是可以分享一下這個計畫是如何開始?

 

林教授:首先,我要感謝交大前校長張俊彥校長,八年前台聯大成立四校合作四個研究中心,由於每一個學校都有他的專長,所以每一個學校都主導一個研究中心,其中陽明大學主導腦科學研究中心,交大也必須要參與,張校長看到我其中一個專長--類神經網路,事實上類神經網路不是真的神經網路,不過我還是很榮幸被邀請去參與這項計畫。

 

同時也非常感謝學長鐘子平教授幫忙從零開始設計實驗室,開始爭取計畫。我印象很深刻,一開始爭取整合型企畫一直被批評,覺得很挫折,後來跟國外合作受國外單位支持,開始受到注意,五年前美國軍方推動相關大型計劃,美國三個大學,另外一個是德國大學,一個就是台灣交通大學。我們這團隊有幸被邀請,就我所知,這計畫是美國認知神經最大型的計畫,這是交大的榮幸,對我們研究很有幫助。

 

主持人:聽起來是跨台灣、美國、德國合作的大計畫,這計畫研究什麼?

 

林教授:腦科學研究在過去已經研究相當長的時間,現在廿一世紀,美國總統歐巴馬宣稱近十年,他也要投入相當的經費作為這國家最主要的一個腦研究計畫。歐盟也是如此,去年初,兩個經濟體幾乎同步宣稱要投入研究,各國也引起相關的注意。

 

交大在這方面,可以說是從零開始,但我們也是考慮從我們的ICT強項進入生技這一塊。當然,我們和台聯大合作密切,尤其是陽明大學,我們有一些基礎神經科學。因此,我當時研究的方向,一開始就鎖定以ICT為主,也就是可以把一些腦神經科學的基礎發現,運用到人類的一些日常生活應用上面去。

 

所以我們交大腦科學中心主軸就訂在這個地方,尤其是認知,我們把它叫做自然認知神經科學,研究這個人在自然狀況,也就是像一般的操作機器,尤其是開車,我們腦的動態運作為何?還有怎樣利用腦科學的研究成果,配合ICT技術能力增加人類的生活能力,比如說增加開車的安全性,操作機器的安全性等等,腦機界面應用的範疇。

 

主持人:我想請林教授來跟我們分享,剛講到說這樣的一個應用,其實是牽涉到一些重要的技術開發,是否跟我們談一下,交大是投入在那些研究領域的開發?

 

林教授:交大腦科學中心的重點,是定義在轉意認知神經科學,也就是說把基礎神經科學的發現,應用到日常生活。我們牽扯到幾個層面的問題,第一個就是腦波訊號的擷取,傳統腦波訊號的擷取,尤其醫院或研究單位裡面都是用濕式電極。聽眾朋友在做健康檢查時照超音波,是不是都要塗一層導電膠,這就是濕式電極,濕式電極是把電極擺在頭皮上面,要先上導電膠,才能確保頭皮跟電極可以緊密的接合,這樣才能測到乾淨的腦波訊號。

 

通常我們再這樣做一個裝置,會很花時間,比如說我們在測腦波時都是以有幾個電極來定義它的解析度,比如說16個來導成電極或者是32個、64個。一般我們醫院測腦電波,用3264的話,都要花半小時到一小時,要看操作熟悉度。而且戴上後,只做一些檢測或實驗室的測驗,也不能超過兩三個小時,時間太長導電膠就乾了,顯然這樣的裝置對於久久一次的臨床檢測,或是說研究上面是沒有問題,但如果要把它用在日常生活,像ICT這樣子的日常生活上面顯然是不能用的,我們交大就開發出「乾式電極感測器」,這裡頭有非常多的困難要克服。

 

第一個要克服有沒有輕薄短小,像穿戴型的腦波量測裝置,我們第一個要克服的就是這種無線,因為走動的關係,我們不能限制一個人只在一個地方,所以是要無線且穿戴式的腦波帽。穿戴的問題也很大,人類頭型也是滿複雜的,我們也很需要懂人體工學的工業設計人才,這都是跨領域的挑戰。那第二種是訊號處理的問題,過去做醫療的量測也就是濕式電極的設備之外,為了要測得乾淨的腦波,還要求要遮蔽的房間,我們日常生活中有許多干擾,尤其是電磁波的干擾,這些會干擾我們的測量,尤其是乾式電極還不能像濕式電極一樣,有時候運動時會滑動,即使是微動,對乾淨腦波訊號蒐集來說也是很大挑戰,所以這些也是交大ICT技術可以克服的地方。

 

第三個是腦動態的分析,也就是腦訊號的分析,這就是我們腦科學研究最基本的問題,這個問題也是可以做個五十年一百年,這個就更複雜了。而且跟基礎腦科學研究比起來,更複雜一點的話就是基礎腦科學在做腦動態(腦訊號分析,通常會設計適當實驗,讓腦呈現局部的動作,讓它可以Well-controlled,讓我們可以觀察到想觀察的部位。因此,如果在日常生活中,例如開車、操作機器,腦的運作是更複雜的,所有的腦區都一起動起來,就像交響樂一樣,要從這麼複雜的訊號去擷取我們要的訊號,而且還要知道這樣的訊號代表認知狀況,這也是要克服的地方。Mindo主要就是這三個技術的瓶頸。

 

主持人:哇,剛剛您講到前兩個技術已經解決很多問題,第三個還有比較多發展空間,到現在人類還在研究?

 

林教授:沒錯沒錯,所以需要跨領域合作,陽明大學、榮總很多前被醫生都給我們很多指導,我們吳妍華校長極力再推的BioICT,就是需要很多基礎腦科學來支撐這個研究。我必須說Mindo目前是一個裝置,有很好的訊號處理技術,但是腦的研究才是最根本的問題,也相對的會有很多科技應用的產生。

 

主持人:剛剛有聽到美軍也參與這樣計畫,還有穿戴式也是目前很夯的議題,可以跟我們分享一下美國國防部想要開發這個腦機介面,是有想到士兵在戰場上可以做那些應用?

 

林進燈:我得先聲明事實上美軍有這計畫,目前還是基礎研究,至於應用面是下一個階段。計畫的出發點,跟我之前提到的很像,駕駛時希望增加駕駛員的安全;同樣的,士兵在戰場上的武器很多很先進,但還是免不了在戰場上的肉搏戰,如何增加士兵的安全是很重要的,其中有一項,就是對環境的了解,叫Situation awareness

 

腦波是一件很神奇的,跟各位分享一下,有時候我們腦波已經察覺到,但人的認知還沒有察覺到,聽起來有點詭異。例如在戰場上,士兵可以會很緊張只注意前方,如果附近有鳥飛過去或樹枝在顫動,都是一種徵兆,士兵給我們的分享事他們真的會忽略這些現象,但是在真正的實驗裡,他們的腦波卻對這些異常的現象有感知,而且可以探知出來,所以這是一個可能的應用,將來士兵都可以有這種簡易的腦波的裝置,像我剛提的乾式電極,從腦波發現異樣來提醒士兵四周狀況。

 

主持人:林教授是普度大學計算工程博士,過去是追求人機介面,現在年輕人已經不用桌上電腦和資訊世界溝通,腦機介面位來會很重要,因此,請林教授談談對腦機介面未來趨勢有什麼看法?

 

林教授:將來電腦體積只會更小,各位可以想像一下如何要跟穿戴式電腦溝通呢?包括IntelSamsungSamsung去年在美國設了一個腦科學研究中心,也是在專攻這個,事實上他也來拜訪過我們實驗室,Intel也邀請過我們去介紹,微軟也往穿戴式電腦看了。目前都是各個有機會,大家都在搶,也有人是用眼動,或者是用牙齒,但我想終究如果能在腦波可以擷取正確而豐富的訊號的話,這一定是最直接的。過去不管是平板電腦或是行動式的計算,這些輸入一定都是從腦開始,所以如果我們可以直接擷取腦波,那穿戴式電腦,尤其是眼鏡,像這種已經穿戴在頭上面了,如果可以用腦波當介面的話,再自然不過,我相信未來穿戴式電腦一定會普遍,那這種腦機介面我相信有很大潛力。

 

主持人:哇,我相信Mindo一定能夠一棒接一棒,您得到生技之星應該很興奮吧,接下來,請分享一下您的期待?

 

林教授:我非常榮幸有生技之星這樣的榮耀,我相信這方面的應用不只是腦機介面的應用,事實上它在對於生活化,病理方面都可以有很大的幫助,尤其我最後在講一點,目前我在注意研究現代人的病痛來源我想最正常的是壓力,壓力是一種長期的,需要有長期穿戴的這種腦機介面來幫我們看壓力的舒緩,壓力的注意。

 

另外人家說壓力為百病之源,壓力產生憂鬱症,那將來2020年它將會成為所有疾病排名第一,這也需要長期監視,這樣穿戴式裝置也可以造福憂鬱症患者。

 

主持人:非常謝謝林進燈教授跟我們分享生技之星交大Mindo科技,這是一個非常重要劃時代的科技趨勢,值得我們期待。

 

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