智能头箍进校园:是教育利器,还是智商收割机?

尽管智能头环距离成为教学利器的一天还尚远,但我们也不需要被视为洪水猛兽。脑机接口技术在医疗健康领域有着十分重要的应用,而便携版的智能头环完全可以以有益的方式进校园。

智能头箍走进校园,图片来自新京报

撰文 | 李莘莘(帝国理工大学博士后研究员)

责编 | 叶水送

前一段时间,有一些关于智能头箍的新闻,引起网友哀嚎遍野:黑镜的世界要来了,这些没良心的技术人员,连小朋友都不能放过吗?这些看起来有点像“黑科技”的头箍究竟是什么技术?能不能监控注意力?是不是真的会把我们心里的小九九发送给班主任?我们是不是妖魔化了一项前景可观的技术,冤枉了相关的研发人员?接下来让我们把这些问题逐个击破。

这么简单的头箍就能采集脑信号?

头箍或头环就是一个测量脑电波的传感器,本质上跟我们去医院测心电图贴的连着电线的电极片和能测心电的小米手环、Apple Watch没有本质区别。商用的脑机接口传感器大部分都是类似的头箍或头环形状,只有几个电极和研究用的20~40个电极的全头式传感器在外观上虽然区别很大,但仍旧是实打实的脑信号采集系统。

实验用的脑信号传感器是“湿电极”,需要把一种特殊的胶水注射到头皮和电极之间增强导电性。有头发的朋友想象一下满头都是胶水,捂在一个不透气的尼龙口袋里有多难受,所以这种湿电极是很难应用在日常生活中的,所以商用的头环往往都是干电极,但没有胶水作为头皮和电极之间的桥梁,干电极数据质量可能就无法保证。

现在部分智能头环的核心技术就是它“半干不湿”的凝胶电极,比完全干的干电极信号质量要好,同时避免了湿电极挤胶水的不便。

即使是使用全湿的实验电极采集脑信号,为了保证信号质量也会尽可能让电极贴紧受试者的头皮,在脑机接口实验中,实验对象被勒得头太痛需要终止实验的情况时有发生。

所以,有报道提到了“有学生说带上头环会痛,也有学生觉得带上之后感觉额头上有个印紧紧的压在头上”,说明这种新型的凝胶电极存在使用时间太长会引起不适的问题 [1]。

我们的小九九已经瞒不住了吗

比起担心头箍 “不好使”,公众的担心更多集中于头箍“太好使”,如果头箍把小心思实时传输给老师和家长,那么小朋友的隐私如何保障?我们的思想意识无处遁形的一天是不是已经来到了?

当然,对于任何监控类的技术,对其背后的伦理考量都是十分有必要的,但是就目前脑机接口技术的水平来看,我们还不必过于恐慌。

近年来走进公众视野的脑机接口技术很多,比如脑电波控制无人机或者小老鼠走迷宫,这些研究被冠以 “意念控制” 的名头。但目前脑机接口技术可能与我们心中的或科幻作品描绘的 “意念控制” 还有很大区别。让我们以2016年央视《挑战不可能》节目中浙江大学科研团队的脑机接口操控小老鼠走迷宫的技术为例。节目中,来自浙江大学的黄同学戴着“头箍”,利用脑信号给小鼠发送指令,遥控小老鼠通过了迷宫。完成任务之后,黄同学和董卿的一段对话正好反映这项技术和我们想象的 “意念控制” 的不同。

正如董卿所问的,黄同学并不是在想象具体小老鼠该怎么走,而是通过想象左手和右手的运动,让小老鼠左转或右转。至于向前走,则是利用眨眼产生的眼部活动电流——其实这已经算“作弊”了,毕竟眨眼已经是一个肌肉动作而不是仅存在于脑海里的意念。

前几年火遍全网的脑机接口控制无人机的技术也是类似,直升机向左和向右飞行靠的是左手右手的运动想象,向上飞行靠的是想象两只手同时握紧,向下则是放松状态。

简单地总结一下,就是小鼠或者无人机的指令虽然来自脑信号,但却是几个特定的脑部活动产生的脑信号。我们并不能靠心里默念着“小老鼠往左走吧”,就让小老鼠就往左走,默念 “飞机向上飞”,就让飞机向上飞。

那么问题来了,这些技术算不算意念控制?以钢铁侠托尼·施塔克的标准来看:不是。

假如钢铁侠想向左飞行的时候都需要花十秒钟想象一下左手握拳的动作吗,那么钢铁侠需要左手握拳揍绿巨人的时候,你让他想什么好呢?

究其原因还是因为现阶段脑机接口技术手上的牌实在太少了,算法成功解读人类主动调控的大脑活动非常有限,因此左手跟右手一个运动想象和专心发呆时的alpha 波变化,这几种识别成功率较高的脑部活动只能被反复利用,在看似五花八门的应用场景下转换成不同的指令,但其实是打来打去还是那几张牌。

对于想成为钢铁侠的小朋友来说这或许是个坏消息,但对于戴着头箍上课的小朋友来说毕竟还是个好消息,你们大可不必担心上课的时候在心里默默吐槽老师的内容被同步推送到老师和爸爸妈妈的手机上。

那么,智能头环是教学利器吗?

既然我们现在还不用担心智能头环会监控小朋友们的想法,那么智能头环是否真的能成为父母或老师的教学利器呢?

智能头环的核心是神经反馈技术,也就是通过分析头环采集的脑信号实时检测用户是否注意力集中,然后利用信号灯或者视频游戏的方式把信息实时反馈给用户,以达到督促用户的目的。神经反馈其实已经不是什么新技术,有很多研究表明神经反馈在注意缺陷多动障碍(ADHD)治疗上不错的效果 [2]。

但针对 ADHD 儿童的治疗效果显然不能和普通的健康儿童的课堂表现混为一谈。因为针对 ADHD 儿童神经反馈治疗目标很单一,就是让用户把注意力集中在实验中的某个游戏或某个任务上的时间越长越好。

但小学课堂是更加复杂的环境, 老师会让小朋友们站起来回答问题,或者让小朋讨论,不同任务的切换让头环注意力检测的可靠性下降,或者不那么具有参考价值。

更重要的是,目前的脑机接口技术虽然可以检测用户是否注意力集中,但是很难区别用户的注意力集中在什么地方。假如学生上课高度集中注意力地看漫画或是沉浸式的发呆,甚至于昏昏欲睡,头环都可能误认为用户注意力高度集中。

来自麻省理工学院媒体实验室(MIT Media Lab)的三位研究人员曾经发表过一项基于48个实验对象的研究,研究表明头环技术可以提高实验对象的课堂表现,这篇文章也经常被用来作为智能头箍课堂效果的证据 [3]。

但这项研究依旧存在同样的问题,实验设置听课环境十分简单和单一,研究者让实验对象独自观看教学视频,这是一种互动较少的听讲座的形式,与小学课堂大不相同。

除了环境极其简化和样本数量不足之外,这项研究还有一个最重要的问题就是,研究人员没有提供合理的对照组,所以头环可以提高用户课堂表现的证据从目前来看是非常薄弱的。

尽管智能头环距离成为教学利器的一天还尚远,但我们也不需要被视为洪水猛兽。脑机接口技术在医疗健康领域有着十分重要的应用,而便携版的智能头环完全可以以有益的方式进校园。

如果我的孩子所在学校采购了这款头环,以科技课之类的方式让孩子参与到这些神经反馈游戏中,我是赞成的;甚至于如果学校和相关研究机构通知我,是否愿意让孩子作为实验对象的参与研究,在实验设计合理情况下以及孩子同意的情况下,我也乐于让孩子参与,无论她被分配到实验组还是对照组。

但前提是,家长应被充分地告知智能头环的局限性。

在育儿焦虑当道的今天,如果学校和相关商家在向家长介绍的时候把这款头箍介绍成改善孩子注意力和提高学习成绩的利器,大部分家长都会乐于让孩子体验这样的产品,并且迫于怕孩子落下了的压力,有可能会后续购买类似的产品。然而,类似的体验案例可能又会被商家包装成产品的买点,用于未来说服更多的学校、学生和家长选择这款产品,构成一个鸡生蛋蛋生鸡的循环论证陷阱。

就目前的技术水平,智能头环和类似的商用脑机接口设备就像乐高、游戏手柄或者手环,以及大量编程类益智游戏一样,可以成为有兴趣且经济条件允许的家庭一个寓教于乐的选择,而不是“教育军备竞赛”中利用父母育儿焦虑的智商税收割机。

参考资料

1. https://www.qbitai.com/2019/10/8514.html?dt_dapp=1

2. Brain-computer-interface-based interventionre-normalizes brain functional network topology in children with attention deficit/hyperactivity disorder (Xing Qian, Beatrice Rui Yi Loo, Francisco Xavier Castellanos, Siwei Liu, Hui Li Koh, Xue Wei WendyPoh, Ranga Krishnan, Daniel Fung, Michael Chee, Cuntai Guan, Tih-ShihLee, Choon Guan Lim, Juan Zhou), Translational Psychiatry (Nature Publishing Group), 8(1), 2018

3. Nataliya Kosmyna, Utkarsh Sarawgi, and Pattie Maes.2018. AttentivU: Evaluating the Feasibility of Biofeedback Glasses to Monitorand Improve Attention. In Proceedings of the 2018 ACM International Joint Conference and 2018 International Symposium on Pervasive and Ubiquitous Computing and Wearable Computers (UbiComp '18). ACM, New York, NY, USA,999-1005. DOI: https://doi.org/10.1145/3267305.32741.