撰文/樊語婕
大腦掌管著人類的認知功能、動作控制、情緒調節……等重要關鍵，而透過腦波訊號的接收、解碼、應用，就能開啟人類的未來生活！在陽明交大「人工智慧普適研究中心」(PAIR Labs)的支持下，中央大學電機系教授徐國鎧帶領跨領域團隊，基於人工智慧科技，成功開發軟硬整合的腦波人機介面(腦波儀器)，為無法言語的漸凍人病患傳達心聲、優化中風後的癲癇診斷，更能從臨床醫療、居家照護走進教育領域，延伸腦波應用的無限可能。
當家人住院，口中插著管子、四肢被束縛，想要表達心聲卻無法如願，親友除了猜測、除了悲憫，還能做些什麼？中央大學電機工程系教授徐國鎧從親身體驗出發，希望為病弱族群發聲、改善生活品質，開啟了十多年的腦波相關研究，並結合系上李柏磊與李龍豪兩位老師，組成融會硬體電機、人工智慧、技術模型、語言科學、醫學工程等專業的跨領域團隊，持續扮演腦波的解讀者。
早在2011年團隊就成功地帶著漸凍人「視訊兜風」！戴上腦波機的漸凍人只須盯住病床上螢幕的「前」、「後」、「左」、「右」區域，當腦波機量測到訊號、電腦分析腦波後，就能驅動遙控車的馬達，隨著漸凍人想去的方向移動，遙控車上搭載的攝影機也即時回傳影像，讓漸凍人以螢幕欣賞風景。2016年團隊發表第一個視覺腦波人機介面儀漸凍人研究，登上IEEE 期刊封面故事，更獲得生策會國家新創獎、科技部未來科技突破獎、吳大猷先生紀念……等肯定。
醫療級腦波機 穿戴式裝置新星
延續多年的成果，團隊展現多元技術創新亮點，包括基於腦波的閉迴路生理訊號，開發腦波人機介面開發系統的硬體設計，以及腦波應用的深度學習神經網路。在硬體開發上，相較於目前坊間的腦電波機要價數百萬、體積龐大、線路龐雜，團隊成功打造4、8、20和40通道的多通道無線腦波量測裝置，僅有菸盒般大小、採無線設計，更突破性地使用卷積神經網路，研發出高感度腦波乾式電極，無須再使用導電膠，告別傳統檢測的黏膩感與過敏隱憂。
這台醫療級腦波機已通過IEC60601-1-2電性安全檢測，可使用於臨床醫療領域，可望應用於漸凍人、脊髓損傷等罕病弱勢族群，以及中風、失智、憂鬱症……等病患。它更大大降低腦波應用的門檻，可望成為走進家家戶戶的穿戴式裝置，廣泛應用於健康、亞健康、失能的族群。未來人們除了定時量測心跳、血壓、血糖等數值，也將會加入腦波監控，幫助每一個人從早覺、早療，病程中監控、治療，到癒後、復健等多元面向，不只優化保健與醫療，更創造優質有尊嚴的每一天。
建立臨床資料庫 持續AI深度學習
為了驗證研發效果，團隊與台北榮總醫院合作，進行「穿顱電刺激之大腦回饋控制」人體試驗，研究中風病人接受腦機介面復健後的效應，並攜手台北榮總醫院、衛生福利部桃園醫院和聯新國際醫療集團，持續建立中風病人復健腦波、中風病人併發癲癇腦波、憂鬱症腦影像、學習認知負荷腦波、情緒腦波……等八組生理訊號資料庫，用於建立人工智慧深度學習分類模型。
台灣有超過20萬名中風病患，癲癇是常見的中風合併症，在中風發生兩年內約有5%-10%的發生率[U1] ，因此建立中風病人併發癲癇腦波資料庫至關重大。中央大學電機系助理教授李龍豪指出，癲癇為腦細胞異常放電，造成腦波訊號急速跳動，透過腦波機就能為中風病患判讀是否發生癲癇，避免錯誤診斷以及後續用藥產生副作用等問題，實現精準診斷、精準醫療！
除了醫療領域，因應108課綱與防疫需求，腦波應用也將助攻學校教育與遠距教學。中央大學電機系教授李柏磊分享，團隊與台師大合作，當學生戴上腦波機，授課老師就可以獲得學生的認知與情緒資訊，即時了解學生是否專心、是否理解教學內容，調整教學步調或授課方式，進一步對接108課綱，強化學生推理與解決問題的能力。
團隊也跨出國界尋求創新突破，透過PAIR Labs的牽線，已與俄國聖彼得堡PAVLOV科學院及美國IEEE電機電子工程師學會三方合作，進行AI與腦波相關的跨國研究。在產學合作方面，則鏈結三貝德數位文創，推動明道中學研究計畫，由素養班與一般班共300名國中生參與，以腦波機解析學生的推理能力。
腦波應用大未來 2045年複製大腦
不像肌肉、器官、皮膚會隨著年齡而衰老，大腦只要不受細菌侵襲就不會凋零，可以存活兩、三百年！李柏磊預言腦波應用的未來三大進程，分別為解讀大腦、腦波控制裝置、複製大腦。解讀大腦是現在進行式，科學界已經能夠透過腦波解讀人類是否憂鬱、學習是否專心，也能提早診斷失智、中風等傷害性疾病。當解讀大腦成為可能，人類的意識經由解讀後，就可以藉由腦波控制各種裝置，實現電影「一級玩家」、電玩「刀劍神域」的科幻情境。
搭配著量子電腦的強大運算能力，複製大腦的時間點可望出現在2045年！在資工專家的努力下，將設計出適合解讀人類大腦的神經網路，跟人腦之間的訊號互相模仿，進一步複製、同步運作，複製後全新的大腦可以重新學習、獨立運作，將會成為一個具有自我意識的個體！
因為腦波應用，未來失智症可能無須服藥，只須透過電流刺激進行大腦復健，幫助大腦受損區的神經生長復原功能；因中風而癱瘓、因脊髓損傷無法行動的肢體可望透過腦波驅動肌肉收縮、重新運作；不想出門時，只要透過腦波控制裝置，就能使喚機器代理人到住家樓下拿取外送餐點；未來開會也將走向腦波虛擬會議，由虛擬AI代理人出席，還可以自行選擇開啟區域，例如只開放大腦運動區、不開放語言區，就無需擔心真心話被知曉，兼顧便利與隱私！
BOX
「基於人工智慧的腦波人機介面開發(腦波儀器)」計畫簡述：開發基於人工智慧（AI）的大腦人機介面系統，透過腦電訊號解碼大腦功能。開發的人工智慧腦波分析技術將應用於臨床醫療，居家照護和科學教育三大領域，例如中風和認知障礙患者的康復治療、嚴重癱瘓患者與外部環境互動、偵測學生的認知負荷和情緒狀態等。
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