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美研發採用「讀心術」的人機介面

上網時間: 2007年10月12日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:讀心術  人機介面  近紅外線 

近日在美國電腦學會(ACM)主辦的人機介面軟體與技術研討會上(UIST,10月7~10日),展出了一種讀心術(mind reading)科技。透過採用功能性近紅外線光譜學(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS),來自Tufts大學的研究人員成功設計出一種能推知使用者“壓力水準(stress levels)”的機器學習演算法則,來偵測不同等級程度的精神活動狀況(從無聊到焦躁),並調整人機介面與其相符。

「我們想從大腦搜集資訊,來改善電腦的使用者介面;不過我們的目的並非為了協助肢體殘障者;」Tufts大學教授 Robert Jacob表示:「相反地,我們是希望為一般電腦使用者改善使用者介面。」功能性近紅外線光譜學目前在醫學臨床試驗上,是用來透過皮膚檢測腫瘤的一種尖端技術;Tufts大學的研究人員正在重新規劃此一技術,未一些非常依賴電腦的使用者增強人機介面功能。

這些電腦使用者包括航空塔台管制人員,他們的壓力水準就需要進行追蹤和控制,以確保公共安全。為了實現這個目的,Jacob與其人機互動(HCI)研究小組,亦獲得了Tufts大學生物醫學工程教授Sergio Fantini的支援;Fantini一直在從事功能性近紅外線光譜學在腫瘤檢測方面的技術研究。

「該技術的運作方式類似透過手指點亮一盞燈;藉由紅外線雷射二極體發出光線穿透一個人的大腦,而根據這個人血液氧化的情況,這些光線或者被吸收、或者被反射,氧化的血液越多,大腦該區域就有越多的活動發生。」 Jacob表示。

紅外線感測器被鑲嵌在一個頭帶裝置上,該裝置配備8個雷射二極體,能把近紅外線透過配戴者的前額,發送到2~3cm(約一吋)的深度;然後紅外線會在大腦額葉(frontal lobe)散開。光線會通過血液中的去氧血紅素(deoxygenated hemoglobin),但卻會受到氧化血紅素的阻擋;由於氧化水準顯示出大腦活動,透過頭帶上的兩個紅外線感測器偵測到的被分散的光量,就能檢測出受測者從無聊(低壓力)到焦躁(高壓力)等不同等級的壓力水準。

研究人員設置了一個感知器神經網路(perceptron neural network),具有16個輸入端、一個隱藏層,並配備多達5個的輸出端,用以與受測者壓力水準影響的血液氧化情況產生關聯。在測試中,使用者會拿到許多不同圖案的魔術方塊,並只有9秒的時間來辨別在每個方塊中出現了多少種顏色;首先從兩種顏色開始,並逐步增加,研究人員就能訓練該神經網路來識別壓力水準。

為了使用被感測到的壓力水準數據來改進電腦使用者介面,研究人員找到了能使他們的感測器的適度性能與所提供的使用者介面增強水準相匹配的途徑。與企圖協助殘障者透過精神控制精確的電腦使用者介面(如控制滑鼠)的方式不同,Jacob的工作小組在尋找一種更合適的使用者介面增強技術,能與他們所收集的使用者資訊相符。

「由於目前我們對大腦所知有限,因此希望能藉由對這些資訊進行監控,用相對有限卻有用的資訊,使使用者介面得到改善。」Jacob表示。例如目前的機場塔台將人員的工作量交由軟體進行控管,因而能使值班人員的任務量平均分配。但若能對每個塔台管制人員大腦中的壓力水準進行監控,將可透過值班者的壓力水準來進行更智慧化的任務執行。

Jacob指出:「到目前為止,我們的工作還處於起步階段:我們正準備開始對我們能從大腦獲得什麼,和我們能如何把從大腦獲得的資訊用於人機介面進行測量,並試圖得出設計方案;我們也聯繫了一個機場塔台,將進行該系統的部署。」

「而我們設想,藉由這套系統,機場塔台可把引導下一架飛機的任務交由壓力最小的人員處理;而精神焦躁的人員在壓力水準降到一定程度以下之前,則不會接受任何飛航管制的新任務。」Jacob的人機介面計畫並獲得了美國國家科學基金會(NSF)所提供的44.5萬美元基金贊助,參與此次計畫的還有Tufts工程學院的研究員Leanne Hirshfield 和Erin Solovey。

(參考原文:'Mind reading' technology aims to help control computers)

(R. Colin Johnson)




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