赵爱军 沈义民

2019年高校科学营浙江大学分营于7月18—24日举办，为营员安排了丰富的活动，既有学者、教授讲述自己对科学研究的思考和对梦想的执着追求，也有浙大的学姐、学长分享他们的学习收获与成长，分营还为营员安排了电工电子、工程训练、农业生物、机械工程、虚拟仿生、卓越工程师培养与学生创新实践基地等18个基地与国家级重点实验室参观和动手实践项目。营员在1周时间里体验到了浓郁的人文气息和学术氛围，收获满满，高校科学营成为大家“科学梦”开始的地方。其中，“脑电波的奥秘”特色活动使营员对脑电波的认识从模糊到清晰，从想象到具体，完善了他们对于人工智能的认知。

活动简介

浙江大学生物医学工程与仪器科学学院（简称生仪学院）位于浙江大学玉泉校区，学院秉承“以学生为本，重素质，求创新”的办学理念，致力于学生创新能力和自我发展素质的培养，精心塑造能够运用自然科学和现代技术手段解决人类健康领域中关键问题的交叉复合型人才和系统掌握电子信息技术基础理论及工程能力的高级人才，是我国培养生物医学工程与仪器科学领域高级人才的重要基地。

生仪学院的Cookie创客空间总占地面积600平方米，主要面向以智能硬件技术和嵌入式人工智能为核心竞争力的创新团队，为学生提供创意、创新、创造、创业“四创融合”的教育平台。创客空间分为制作区、加工区、展示区、会议区和讨论区，不但为创客提供了国内领先的全套硬件调试仪器、工具和元件，更为创客提供了集合全浙大智能硬件创客人才的高质量交流平台，打造出了“谈笑有鸿儒，轻松出创意”的意境，让创客可以在交流中不断提升，在思维的碰撞与灵感的迸现中感受创新的魅力与乐趣。

“脑电波的奥秘”特色活动就是在Cookie创客空间进行的。“脑电波体验平台”是Cookie创客空间为创新团队提供的脑电采集和体验设备。通过脑电控制原理介绍、脑电的4个波段和大脑状态实时信号图、脑电星空和意念赛车这4个寓教于乐的体验环节，揭示脑电波的奥秘。脑电波信号检测技术目前还处于起步阶段，通过体验可以激发学生探索的欲望。如何能让探头的精度更高？如何能提取到真正与大脑功能有关的信号？对脑电波的研究怎样才能更好地造福人类的生活？

体验项目

脑电波原理视频介绍

教师通过视频向营员介绍脑电波的基础知识，用浅显的语言揭示脑电波的奥秘，为下一步深入体验打下基础。

意念移物？意念控制？这不是科幻片里才有的场景吗？大家有没有想过有一天我们只需要动动脑子就能操控物体呢？随着科技的进步，你也可以做到！意念控制看似很神秘，其实原理非常简单。就是通过采集微弱的脑电波信号分析出你在想什么。

人体由很多细胞组成，每个细胞只要工作就会产生电流。科学家研究发现，仅仅我们的大脑皮层就有100多亿个神经元细胞，大脑在活动时，脑皮质细胞群之间形成电位差，从而在大脑皮质的细胞外产生电流。每个神经细胞都像一个小小“发电站”，只要我们一思考，小发电站就勤奋地工作产生电能，汇集在一起就形成了脑电波。虽然有上百亿个小电站一起工作，但电流还是非常非常的微弱，我们在日常生活中感觉不到它的存在。

不过，微弱的脑电却难逃科学家的法眼。早在1857年，英国科学家就记录到了脑电活动。经过100多年的研究，人们对它的认识越来越深入。在脑电波研究中，根据波的频率不同分为4个波段，分别是δ（1 3 Hz）、θ（4 8 Hz）、α（8 13 Hz）、β（14 30 Hz）。不同波段脑波的能量值代表大脑所处的状态不同。

大脑在思考不同事情时每个区域的脑电信号强度也不同，通过专门的设备采集脑电信号，根据活跃区域、频率信息、信号强度等信息可以判断被采集者的想法和注意力集中情况，这样就可以在实际中应用了。脑电设备有着广阔的发展前景，或许有一天，我们可以抛开各种繁琐的遥控设备，只要脑袋想一想，一切操作皆可实现。

脑电的4个波段和大脑状态实时信号图

通过佩戴一个小巧轻便的头环，佩戴者的脑电波动态会一览无余地出现在屏幕上。通过分析大脑4个波段（α、β、δ、θ）的能量值，仪器可以判断大脑的专注度和放松度，能分析出佩戴者什么时候注意力不集中，什么时候专心致志、效率更高。

脑电星空

营员首先选择自己的星座，然后佩戴上一个可以采集分析脑电波的头环，当营员注意力越专注时就有越多星座中的星星被点亮。营员尝试集中注意力，直至点亮所有的星星。

意念赛车

如何用意念驱动赛车？原理其实很简单：通过便携式额前干电极脑电采集设备采集到人体脑电波，将脑电波信号放大、滤波、除噪后进行模式分析判断人的注意力值。每个人的专注力不同，采集器会将脑电波的波动转化为从0 99的数值，数值越高，说明专注力越高。经过处理后的脑电波通过无线蓝牙设备发送至轨道赛车控制器，通过注意力值的大小控制轨道赛车供电电压，实现赛车速度快慢的控制，专注力越高赛车跑得也越快。意念赛车体验活动极大地激发了营员的兴趣，他们还进行了两两比赛，看谁的专注力更集中。

“我们首先参观的是生仪学院Cookie创客空间，开始我还好奇为什么创客空间会在生仪学院，当听到老师介绍脑电波控制技术时，我才找到了二者之间的联系。很新奇的是，我们亲身体验了用脑电波控制赛车运动，原理也并不复杂，就是大脑在专注时会产生一种脑电波，传感器根据脑电波调整赛道电压，所以越专注赛车就行驶得越快。脑电波控制技术真的让我们很受震撼，曾经在科幻片里看到的场景居然真的可以实现，那未来是不是可以通过脑电波驾驶车辆，控制一切生活中的活动呢？我们的生活会发生怎样天翻地覆的变化？人类发展的轨迹又会怎样？在今天的参观和体验中，我不仅學到了很多脑电波、自动化控制、地质学等方面的知识，而且体会到了浙大人的家国情怀，他们不仅对所学的专业和所研究的课题有超乎寻常的热情，而且都有着为国家强大献一份力的精神。”

——浙江大学分营营员 郑吾幼■