腦機接口技術在警務領域的應用前景與挑戰

周學斌

(中國人民警察大學 研究生院,河北 廊坊 065000)

0 引言

進入21世紀,伴隨著經濟快速發展,我國電子計算機與網絡技術迅速迭代,在為人民生活帶來方便快捷的同時,也使得犯罪手段越來越智能化、網絡化。面對如今的違法犯罪行為,我國公安機關已無法再用二三十年前的老套路和老技術,必須學會新手段,積極應用新技術。

目前,國內外對于腦機接口技術(Brain Computer Interface,BCI)的研究與應用十分火熱,甚至在一些領域已取得了突破性的進展,尤其是在軍事、醫療領域。借鑒這些領域的成熟經驗并結合公安工作現實情況,本研究嘗試探索腦機接口技術在警務領域的應用潛力,為提高公安機關戰斗力提供一些有益參考。

1 BCI概述

腦機接口作為一種新興技術,自其誕生以來便引起了廣泛的關注。特別是醫學和軍事領域的相關專家,正在努力探索BCI的應用前景。近年來,隨著市場資本的加入,眾多研究腦機接口的公司相繼成立。越來越多的研究者開始深入了解BCI,并嘗試將其應用于各自的研究領域。

1.1 BCI的概念

1973年,Vidal正式提出了“腦機接口(BCI)”一詞[1]。在1973年的定義中,“腦”指的是大腦神經信號,包括所有有機體的腦神經?！皺C”指的是計算機通信設備,包括計算機、人工輔助機器等?！敖涌凇敝傅氖怯糜谶B接“腦”與外部“機”的中介物。Vidal文章中的描述基本上確定了BCI是什么,但是具體準確的定義還沒有出現。直到1999年,BCI的第一次國際會議正式將BCI定義為:能為用戶提供不依賴于通常情況下的大腦傳遞信息通道(外周神經和肌肉)的另外一種提供交流和控制通道的通信系統[2]。

從定義中不難看出,BCI本質上是一種不同于現有人類溝通方式的交流渠道。它的優勢在于可以直接由大腦傳輸信息至目標,信息傳遞速度和準確率都能大幅提升。經過幾十年來的發展,BCI已經不僅局限于大腦與機器進行連接,人腦之間通過技術設備直接傳輸信息也屬于這一范疇。

1.2 BCI的類別

目前,學術界主要依據采集腦電信號的電極的植入方式來進行分類。按照這種分類方式,BCI主要分為侵入式、半侵入式和非侵入式。從這一方面進行分類是不夠的,無法體現出BCI的完整特點,BCI還應當從應用目的和信息傳輸方向2個角度進行分類。

從應用目的來看,BCI可以分為治療型BCI和增強型BCI。治療型BCI是指通過BCI對那些存在身體或精神疾病的人進行治療,而增強型BCI則是通過BCI增強人體的某一部分功能。目前,治療型BCI已經進入臨床試驗階段,有望在不久的將來被廣泛應用于醫療領域。增強型BCI則主要用于軍事用途,目前世界主要軍事強國均已在此領域展開研究,并且取得了一定進展。

從信息傳輸方向的角度來分類,BCI可以分為3類:大腦到機器、機器到大腦、大腦到大腦。第一種是通過大腦信號對外部設備如機械臂、無人機器進行控制;第二種是由機器將信息傳輸給大腦,主要通過各種傳感器收集信息;第三種則是通過技術設備將人腦進行連接,使之能通過腦電信號直接進行實時交流。

1.3 BCI的原理

BCI的原理并不難理解,就是通過技術設備獲取人的大腦信號,并將其傳輸給外部設備或他人,從而控制外部設備或與他人進行實時交流,它有以下幾個關鍵節點。

1.3.1 大腦信號收集

BCI主要使用的采集大腦電信號的方法有:從大腦皮層內部直接獲取的皮層腦電(Electrocor ticography, ECoG)、從大腦皮層外部,利用特定的電極裝置探測的頭皮腦電(Electroencephalogram, EEG)、腦磁圖(Magnetoencephalography,MEG)等。目前,最成熟可靠的是EEG,它無須進行手術,只需佩戴腦電波收集器便可獲得大腦電信號,大部分BCI研究都是應用此種技術,但是EEG也有著自己的缺點,那便是獲取到的腦電信號精確度相對較低。

1.3.2 大腦信號處理

人的大腦活動非常復雜多變,其中包含了巨量的信息,但只有特定的信息才是人們所需要的,所以一旦獲取大腦信號,便需要對信號進行處理。這包括信號的濾波、放大和去噪等步驟,以提取有用的信息。

1.3.3 大腦信號特征的提取和解析

在信號處理之后,需要從信號中提取特征,以便分析和識別不同的腦活動模式。這一步包括識別特定頻率范圍內的腦波,如阿爾法、貝塔、西格瑪和德爾塔波,或者檢測特定的腦電圖譜圖案。

1.3.4 控制和反饋

一旦識別了特定的腦電信號,BCI系統便可以將這些信息轉化為控制命令,從而實現對外部設備或計算機的控制。例如:通過想象不同的動作或意圖,用戶可以控制一個光標在計算機屏幕上移動,或者操縱假肢。在動作執行之后,再由外部設備的傳感器將感覺反饋給大腦,從而調整下一步的動作。

2 BCI在警務領域中的應用前景

BCI的不斷發展為警務領域帶來了前所未有的機會。將人腦與計算機系統連接起來,可以實現更快速、更智能、更高效的警務工作。從神經信號分析到腦波控制設備,BCI成為警務領域的一項重要創新,為警察部門維護社會安全提供全新的可能性。

2.1 協助警方進行犯罪審訊

腦機接口可以幫助檢測犯罪嫌疑人是否在回答問題時說謊。通過監測大腦的腦電波活動,可以嘗試識別嫌疑人情感或生理反應的變化,以確定是否有虛假陳述。

1987年,美國西北大學的一位教授將事件相關腦電位應用到測謊研究中,并取得實驗成功,從此開啟了BCI應用于測謊的新時代[3]。相比傳統的“測謊儀”,BCI的優勢在于能夠迅速識別說謊者的腦電活動,并能更加精確地判斷其是否在說謊。眾所周知,人的大腦有著功能分區,不同區域控制人的不同活動。在審訊過程中,通過訊問特定問題,可以刺激嫌疑人進行回憶。如果嫌疑人腦海中有相關記憶,大腦記憶分區的腦電波活動會異?；钴S。通過監測大腦中的記憶分區活動狀況,審訊者可以得知嫌疑人是否了解有關信息。另外,通過監測嫌疑人的腦電波活動,審訊者也可以得知其內心的情感反應,例如:焦慮、憤怒或恐懼等情感,這同樣可以輔助警方判斷嫌疑人的話語真假。

雖然BCI在刑事偵查方面的應用前景十分廣闊,但是與傳統“測謊儀”一樣,BCI的監測結果并不能作為有效證據,而是只能作為審訊的一種輔助手段。

2.2 輔助領導者或指揮員合理決策

在警察工作中,領導者或指揮員往往要面對許多需要立刻決策的情況,準確及時的決策對于把握戰機具有關鍵性的作用。

BCI可以提供領導者或指揮員的生物反饋信息,幫助他們做好壓力、情感管理,預防決策疲勞。作為領導者或指揮員,保持冷靜的大腦是十分重要的,但是在現實中,往往存在著很多干擾因素,會擾亂領導者或指揮員的情緒,使其壓力水平升高。此時,通過BCI,系統便可以監測領導者或指揮員的大腦活動,及時提醒他們采取適當的應對措施,如深呼吸或短暫休息,以保持情緒冷靜。而如果領導者或指揮員的大腦顯示出疲勞跡象,系統也可以建議他們暫時休息或委托他人決策,以避免疲勞引發的決策失誤。

BCI可以集成到決策支持系統中,幫助領導者或指揮員更好地做出決策。警察領導者或指揮員可以利用BCI來直觀地與計算機系統互動,通過思維或眼動等方式對數據進行選擇、操作和分析,而無需依賴復雜的界面或鍵盤輸入。這種直觀互動可以大幅縮短數據分析和決策時間,有利于及時把握戰機。另外,BCI還可以用于實時數據可視化,將抽象的數據轉化為可理解的圖形或圖表。這有助于領導者或指揮員更快速地識別出事物發展趨勢和其他重要信息,從而更好地支持決策。

2.3 搭建保密高效通信渠道

與傳統的通信手段相比,借助BCI搭建的通信渠道更加高效,在保密性上也能得到加強。

BCI可以將人的大腦連接起來,這意味著人們可以直接將思維或者信息傳達給別人,而無須通過語言或者動作來傳達信息。這樣傳達的信息因為減少了表達和理解的步驟,所以能夠無視語言和文字上的差異,精準表達意思。

以特警為例,特警在具體行動中,出于隱蔽自身的目的,隊員與指揮員之間的近距離交流一般是通過手勢進行的。然而,手勢交流也有一個很大的弱點,就是它必須有較好的可視環境,也就是在近距離或者光照條件較好時才能起效,這就限制了手勢交流的應用范圍。除此之外,要想通過手勢流暢交流需要平日勤學苦練,一旦記憶混亂,很有可能出現手勢錯誤,使得命令傳達錯誤而導致行動失敗。而借助BCI設備進行交流則不存在這些限制,它可以清晰、準確地表明指揮員的意圖,而無須任何肢體或語言動作,這對于保持行動的隱秘性具有重要意義。

2.4 操控警用無人裝備

BCI可以幫助人們更加方便地操控裝備,與傳統的控制方式相比,通過BCI控制警用無人裝備有以下幾個優勢。

(1)操控更加精確。BCI允許用戶實現高度精確的操控,因為它能夠直接讀取用戶的腦信號,繞過了傳統控制界面的限制。這對于要求精確控制的任務,如精確導航、目標鎖定或操作機器臂等非常有用。

(2)響應更加迅速。與傳統的控制方法相比,BCI可以達到更快的響應速度。腦信號的解讀和傳輸通常非常迅速。因此,在需要即時決策和操作的任務中,BCI有著關鍵的優勢,如緊急情況下的飛行器控制。

(3)降低培訓成本。傳統的裝備操作通常需要人員經過長時間的培訓才能熟練掌握。目前,警用技術裝備的科技含量不斷提高,相應的操縱難度也隨之上升。雖然警察部門在推廣技術裝備方面不遺余力,并重視培養使用人才,但是現實的問題是,警用無人裝備的實戰化使用需要很高的操縱水準。這就要求操縱人員必須經過長期的培訓。時間和金錢成本的投入都是巨量的。而BCI可以降低培訓成本,因為用戶可以通過思維來控制裝備,而不必掌握復雜的物理控制界面。

(4)可以協同操作。BCI還可以用于協同操作,多個用戶可以共同控制一個或多個裝備,這對于團隊任務和協同工作非常重要,如大型圍剿或者搜捕行動。這類行動由于行動范圍很大,因此要求的裝備數量很多,此時便可利用BCI的協同操作優勢,組織無人機編隊實施大范圍的監控和搜索,提升使用效能。

2.5 輔助警員訓練

BCI在警員訓練方面同樣有著廣闊的應用前景,具體說來有以下幾種應用方式。

2.5.1 注意力訓練

BCI可以用于提供生物反饋,幫助培訓者了解他們的大腦活動模式。這對于注意力訓練非常有用,培訓者可以通過監測自己的大腦活動來學會集中注意力、保持警覺或調整注意力分配。

2.5.2 運動技能改進

在運動和技能訓練中,BCI可以幫助培訓者改善運動技能,增強手眼協調。它可以用于警察體能訓練、個人武力訓練,通過監測大腦活動來調整和優化身體運動技巧,提升受訓者身體運動水平。

2.5.3 模擬復雜環境

BCI可以用于創建虛擬現實。培訓者可以在其中進行復雜任務的練習,如飛行、駕駛或排爆。這樣的訓練環境可以更安全地模擬真實世界的情境,讓培訓者在不帶來真實風險的情況下積累經驗。

2.5.4 情感管理和壓力應對訓練

BCI還可以用于情感管理和壓力應對的訓練。警察工作充滿著各種壓力,處于這樣的環境中很容易出現壓力過重問題。通過監測生理指標和腦活動,使用者可以學會識別和應對壓力情況,從而提高在高壓環境中的表現,提升警察綜合素質。

2.6 治療警員身心創傷

自新中國成立以來,已經有1.7萬余名人民警察因公犧牲,因為警察工作高風險、高壓力和高應激的特點而導致身體或心理健康受到損害的人數多。因此,BCI在人民警察隊伍健康恢復方面有著廣闊的應用前景。

2.6.1 恢復肢體功能和交流能力

對于肢體功能喪失或者衰退的人,BCI可以用于控制假肢或外骨骼。通過監測大腦信號,系統可以識別用戶的意圖,例如抓取物體或移動手臂,然后將這些指令傳送給假肢或外骨骼,使他們能夠重新獲得部分肢體功能。

對于那些失去了言語能力或無法進行正常言語交流的人,BCI則可以用于改善他們的交流能力。通過監測大腦信號,系統可以將用戶的思維轉化為文字或語音輸出,使他們能夠與他人進行交流。

2.6.2 心理健康管理

BCI可以幫助個體更好地識別和調節情感狀態。通過監測大腦活動,系統可以識別警察的情感狀態,例如焦慮、抑郁或憤怒,然后提供相應的反饋和干預,以幫助個體調整情感狀態。此外,BCI也可以與心理治療結合使用,用于治療焦慮和抑郁癥等心理障礙。通過實時監測患者的腦活動,系統可以幫助治療師更好地了解患者的情感和反應,從而制定更有效的治療計劃。

3 BCI在警務領域中的應用挑戰

雖然BCI在警務領域的應用前景十分廣闊,但要真正地推廣應用,它還需要解決擺在眼前的幾個主要問題。

3.1 法律問題

3.1.1 BCI的實際應用缺少法律支持

目前,一些國家和地區已經在科研領域制定了一些指導方針和倫理框架,以確保在使用BCI時尊重倫理原則和保護參與者的權益。同時,一些國家也在嘗試利用現有的法律框架,如隱私法、醫療倫理法和數據保護法等,來處理與BCI相關的法律問題。但總體而言,現在還沒有任何國家出臺具體的國家級法律來專門規范這一技術,BCI的發展與實際應用之路漫長且艱難。

3.1.2 在確定與BCI有關的犯罪責任問題上沒有明確規定

法律責任的追究有一個很重要的影響因素:主觀要件問題。如果犯罪人是BCI的使用者,則無法斷定他在犯罪時是否受到了他人意志的影響,也就無法確定是過失還是故意。Marcello等[4]指出了BCI的巨大風險,認為人類可以利用BCI“劫持”使用者的大腦,甚至是誘發神經犯罪。由于在BCI的法律責任問題上沒有明確規定,被“劫持”者到底要不要承擔法律責任,應該承擔多大的法律責任,都將是法律部門頭疼的問題。

3.2 社會倫理問題

3.2.1 隱私權問題

關于BCI可能導致個人隱私權受到侵害的問題,國內外學者對此已有深刻探討。寧曉路等[5]認為BCI對EEG(腦電波)的收集和解讀可能使人成為“透明人”,個人隱私得不到保護;Philipp[6]認為BCI對個人隱私權的侵害主要來自2個方面:一是無意中的信息泄露,二是有意的信息攻擊和竊取。當然,目前的BCI遠沒有達到能夠隨意讀取他人記憶的技術水平,但是它對于個人隱私權可能造成的負面影響卻值得警惕。

3.2.2 自主性問題

BCI能夠將人的大腦與外部設備或他人大腦進行連接,這使得個體可以通過腦機接口向外界發送信息、傳達指令,而外部也同樣可以傳輸信息和指令。這就存在一個巨大的風險,即BCI的使用者有可能被他人惡意操控,喪失獨立自主性。對此,葉岸滔[7]認為,腦機接口裝置能夠通過逆向傳遞信號來改變人的思維命令,這可能導致人無法根據自己的意志行動,失去自主性。

3.2.3 社會公平

BCI會增強“馬太效應”,造成強者愈強、弱者愈弱的現象。BCI可以通過植入芯片、與機械外骨骼連接增強人的大腦和身體能力,使人獲得超越常人的能力。但是這種技術手段有很高的門檻,普通民眾無法負擔,而有錢有權者卻可以通過這種技術增強自己的能力,使普通人與他們的差距越來越大,甚至最終會出現凌駕于社會絕大部分人的超能力階層,這在目前的社會中是絕對無法被接受的。

3.3 人體安全問題

目前,學術界關于BCI對于人體健康造成損害的探討主要集中于半侵入式和侵入式腦機接口設備,非侵入式腦機接口設備由于無須植入人體,因而安全性最高。對半侵入式和侵入式腦機接口設備來說,它們對人體健康的損害主要體現在肉體和精神兩方面。

在肉體傷害方面,由于植入腦機接口設備需要進行外科手術來將電極或傳感器植入腦部或身體其他部位,因而在手術過程中會對肉體造成傷害,這些傷害包括引發感染、出血等。

在精神損害方面,植入手術可能會導致使用者出現精神障礙問題。Sasha等[8]認為腦機接口手術會誘發腦部廣泛塑性變化,讓植入者性格發生變化,會改變他們對于社會的認同,改變其自身心理,使得他們感覺自己不再是自己。

3.4 技術問題

目前,國內外大部分研究者對于BCI的未來很是看好,但也認為當前的BCI遠未成熟,如葛松[9]就認為目前的BCI雖然取得了一定進展,但是僅僅能進行一些簡單的應用,還無法做到精密準確。

3.4.1 植入技術安全性尚待提高

目前,侵入式和半侵入式腦機接口植入手術的安全性還有待提高。大腦是人體最精密的器官,雖然現代腦醫學取得了極大進展,但在大腦上開展手術仍是一個極具風險的事情。植入手術過程中可能會出現出血和感染問題,另外,如何提升植入設備與大腦的相容性也是一個巨大問題。

3.4.2 腦信號識別和捕捉技術水平較低

腦電信號和腦磁信號通常很微弱,目前的腦機接口設備還難以完整捕捉腦信號,特別是對于非侵入式腦機接口設備來說。由于沒有與大腦灰質直接連接,非侵入式腦機接口設備在信號識別上存在比較大的困難。

3.4.3 腦信號解碼的準確性不夠

識別和解釋大腦信號以產生可操作的命令是BCI的核心技術挑戰。以目前的技術水平來說,解碼腦信號的準確度仍然較低,尤其是對于復雜的運動和高級認知任務。現在的腦機接口設備還只能完成一些簡單的指令動作,距離真正的大規模實際應用還差之甚遠。

3.4.4 數據傳輸速率不高

高速的數據傳輸率對于實時的腦機接口應用非常重要,特別是在控制外部設備或傳輸大量信息的情況下。越復雜的信息和指令所包含的數據量就越大,如果不能提升數據傳輸速率,BCI就只能停留在“利用外部設備進行簡單的語言交流和動作”層次。

4 結語

總的來說,BCI在警務領域的應用前景令人興奮,能夠為警察提供更多輔助工具和資源,以更好地履行其使命,保護社會安全。然而,人們也不能忽視伴隨著這項技術的挑戰和風險。法律、倫理、安全和技術可靠性等方面的問題需要得到認真對待,并建立相應的法規和準則來引導BCI在警務領域的發展。只有在充分考慮這些因素的情況下,人們才能有效利用BCI的潛力,為警務工作帶來更大的改進和創新。