自古以來,人們以豐富的想像力在小說或電影裡勾勒出外太空或未來的世界,充滿對未來生活的期待,同時也不斷地身體力行,實現夢想。舉例來說,電燈的發明克服了用火把照明的不便,使用裝在牆壁上的開關,人們不需爬上爬下就可控制電燈的明暗。更進一步裝配定時設備,我們開始不須煩惱為數眾多的路燈會在白天忘了熄滅,而造成電力浪費。隨著科技的進步,原本只存在於電影中的聲控產品也面世了,如果有足夠的經濟能力,我們甚至可以讓家電的使用都依照簡單的口語指令進行。

然而,科技的發展是不是就這樣到達極限了呢?就實際而言,除了促進日常生活的便利外,這種科技上的進步能不能更適切地運用在醫療上呢?

許多病人因為中風或其他後天原因,導致肢體無力。這樣的病人操控肢體的意念和肢體外觀都是健全的,卻由於意念和肢體之間的聯繫故障,而沒有辦法讓肢體發揮功能。前一陣子極受矚目的《潛水鐘與蝴蝶》這本書,便真實地記錄了作者因為橋腦中風,導致四肢無力、無法言語,雖然意識清醒,卻只能靠眨眼的動作及眼球的移動來表示意願。相信看過的讀者,對作者的痛苦都會深感同情!

因為有許多類似的案例,便啟發了科學家們投入這樣的研究︰只要不是植物人,腦波都是持續二十四小時不停地存在的,那麼不靠肢體行動或言語,只靠腦波的變化來控制外在的工具,是否可行?

認識腦波

腦波,顧名思義就是可以由儀器記錄下來的腦細胞活動的電波。人類的大腦像顆花椰菜,大腦皮質(又稱為灰質)相當於花椰菜綠色的部分,它包覆在髓質(又稱白質)的外圍。灰質由六層共約一百億至三百億個神經元細胞體組成,它們之間有著錯綜複雜的連結,以細胞膜上的電位變化來交換資訊,互相聯絡。

一群群功能類似而聚在一起的神經元細胞,分布在皮質不同區域上。大腦在解剖學上分為額葉(frontal lobe)、頂葉(parietal lobe)、顳葉(temporal lobe)、枕葉(occipital lobe)四大區域,分別掌管運動、感覺、記憶、空間感、視覺等不同的功能,並且指揮肢體的動作和行為。細胞間電位變化形成的電流雖然微弱,但是經由分區貼在頭皮上的電極,把所接收到的訊號以放大器處理,並過濾雜訊後,就可以提供臨床上判斷各區腦細胞活動功能的重要資訊。

自從一九二九年,德國的精神科教授柏格(Hans Berger, 1873-1941)成功完成首例人類腦波的記錄之後,經過數十年不斷的測試及研究,腦波專家已經了解正常人在不同年齡的腦波型態、清醒與睡眠的腦波變化,並可區分出各種異常波形代表的病理意義。記錄腦波已是一項絕對安全的檢查,在神經科常見的頭痛、頭暈、失智症、意識不清等病症的檢查上,都扮演重要的角色,尤其在癲癇病人身上更是不可或缺。

腦波依其頻率基本上分為四種,由慢到快依序是 δ 波(4 赫茲以下)、θ 波(4 ~ 7 赫茲)、α 波(8 ~ 12赫茲)以及 β 波(13 赫茲以上)。當一般正常人安靜閉眼,但維持清醒狀態時,腦波主要是對稱的 α 波。α 波在枕葉部位特別明顯,並且在病人眼睛張開後便會被抑制。δ 波和 θ 波統稱為慢波,一般出現於睡眠時期,若是成人在清醒狀態下出現慢波,則大多是異常。β 波又稱為快波,臨床意義較為多樣化,依出現的時期、情境和部位來決定。

近數十年來,學者們陸續發現,當受測者被動接受外來的視覺、聽覺或感覺的刺激時,可以在腦部引發時間上固定相關的對應電波變化。另外一類型的變化則是和受測者主動的心智活動相關,例如請受測者從事心算、思考或記憶等腦部運作時,也會引起腦波振幅的下降,但是這樣的腦波變化和所從事的心智活動之間,並沒有非常固定的相位關係。

隨著對腦波了解的加深,一些在疾病診斷上不是那麼重要,但是又具有特殊生理意義的波形陸續被辨識出來,其中以「μ 波」最具代表性。一九五二年有學者首度詳細描述這種波形,它的頻率和幅度與受測者的 α 波相似,但頻率略快些。μ 波的分布位置和 α 波也不相同。

μ 波一般被認為是腦部運動皮質區功能的代表,在受測者處於張眼狀態時仍會出現。受測者手指有動作時,會對 μ 波產生抑制,這種抑制在手指肌肉收縮真正產生動作之前,便可以由儀器記錄到。有趣的是,就算只是想像手指的動作,也能夠產生這種效果!這種特性讓聰明的科學家發覺利用 μ 波作為人腦—電腦介面的可能性。

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