情緒“x”光機揭秘：腦機介面如何探求抑鬱症“密碼”

根據世衛組織估算，全球有超過3.5億抑鬱症患者，基本上每20人中就有1人遭受抑鬱症的折磨。在重度抑鬱症患者中，有20%-30%的難治性抑鬱症患者面臨無藥可用、無醫可治的困境。

近日，上海交通大學智慧交互與認知工程上海高校重點實驗室呂寶糧團隊與上海零唯一思科技有限公司聯合推出的情緒“x”光機，或許意味著未來人類可以像測體溫或量血壓那樣，客觀、定量地檢測自己日常的情緒狀態。

當你坐在電腦前，戴上專用的腦電帽，根據螢幕上的程式提示觀看視頻、油畫、人臉照片等情緒誘發素材，通過專門開發的多模態情緒識別模型，便可以科學地評估自己的情緒狀態，並提供抑鬱狀態的預警。

腦機介面技術會在抑鬱症的幽暗隧道中投下微光嗎？

情感腦機介面究竟是什麼？

它將如何改變我們的生活？

如何利用情感腦機介面技術

提升抑鬱症的診斷效果？

以下是我們與呂寶糧的對話。

01

破解“薛定諤的情緒”

@上海科技

情緒“x”光機通過採集和解碼腦電信號和眼動信號，幫助人們科學地判斷情緒好壞，預警抑鬱狀態。我們的情緒類型這麼豐富，都可以從這些信號裏解讀出來嗎？

@呂寶糧

神經科學研究表明，情緒非常複雜，沒有單一的生理指標能夠精確地描述人的情緒。在學術界和工業界，傳統研究往往集中于將面部表情作為情緒表達的窗口，但我認為這種方法存在局限性。面部表情雖然與情緒有一定的關聯，但不足以作為表徵情緒狀態的可靠的生物標誌物。比如你即使內心很焦慮，也能表面假裝很平靜。心率、皮膚阻抗、呼吸等其他的生理信號，也與情緒有關，但是它們與情緒的關聯性都不如腦電信號。

情緒“x”光機的研究目標是利用多模態情感腦機介面技術實現對抑鬱症的客觀評估，其核心技術是開發高效的情緒誘發範式和情緒誘發素材，通過採集患者和正常人的大規模多模態生理數據，尋找抑鬱症客觀評估的數字生物標記物。目前的情緒“x”光機採用了深度學習演算法和腦電大模型，能夠自動識別六種基本情緒，即高興、悲傷、恐懼、憤怒、厭惡和驚訝，以及中性情緒。

@上海科技

將腦電信號與眼動信號融合的情緒識別方法，是您及團隊2014年首次提出的一種新的多模態情感腦機介面框架。為什麼選用腦電信號和眼動信號融合？二者的結合，為什麼可以顯著提升情緒識別的準確率？

@呂寶糧

情緒是在外界刺激條件下人的複雜生理、物理變化過程，單一模態的生理信號難以捕捉到複雜的情緒變化。單一的腦電或眼動信號往往受限于噪聲和表徵能力的限制，可能無法準確地區分各種不同的情緒狀態。針對這一問題，我們提出了多模態融合的情緒識別框架。通過融合腦電和眼動這兩種生理信號，我們可以從不同的視角表徵複雜的情緒狀態，從而顯著地提升了情緒識別的精度和可靠性。

我們的實驗結果表明，腦電信號和眼動信號對三類情緒識別有明顯的互補特性，腦電信號對高興這類正向情緒比眼動信號有更高的識別率，而眼動信號對悲傷這類負向情緒比腦電信號具有更強的區分能力。

02

如何“讀懂”你的情緒？

@上海科技

多模態數據的分析對於精準醫療至關重要。您在研究中，是如何利用多模態數據的？

@呂寶糧

多模態數據主要包括腦電、眼動、心率、面部表情、語音等生理和非生理信號，這些數據可以綜合反映患者的情緒和認知狀態。我們通過多模態深度學習演算法綜合分析這些數據，不僅可以識別出抑鬱症患者的情緒波動，還能觀察到不同治療方法對患者情緒狀態的具體影響。這種方法的優勢在於能夠實時、動態地監測患者的情緒狀態，為臨床提供決策支援，特別是有助於制訂個性化的治療方案。

@上海科技

情緒識別與情緒調控研究面臨哪些困難和挑戰？下一步，您和團隊的研究計劃是什麼？

@呂寶糧

情緒是一個複雜而多維的概念，不同的人對同一情緒的表達和體驗可能存在差異。

與運動腦機介面不同，患者的個體差異可能受性別、年齡、職業和文化程度等多種因素影響，如何準確地識別和理解不同個體的情緒狀態仍然是一個重要的研究方向。因此，我們要設計適合於不同人群的情緒誘發範式，要構築高精度的情緒識別模型。另外，情緒調控需要考慮到倫理和隱私等問題，並確保技術的安全性。

我們目前的研究側重於情緒識別，未來我們將在精準情緒識別的基礎上，開發高效的情緒調控技術。

03

探求抑鬱症“密碼”

@上海科技

為什麼選擇抑鬱症客觀評估作為情感腦機介面技術的研究方向？

@呂寶糧

抑鬱症在我國的發病率不斷上升，2019年就報道有9500萬抑鬱症患者。一方面，我國出生人口出現下滑，政策鼓勵生育，但産後抑鬱的患病率大約有20%-30%。另一方面，抑鬱症患者年齡下降，青少年發病率升高，而國內精神科醫生嚴重不足，遠低於發達國家的水準。

目前，抑鬱症的診斷基本依賴精神科醫生的主觀判斷和各類量表，缺乏客觀生物標記物，這導致診斷不僅耗時而且準確率不高。因此，我們探索基於多模態情感腦機介面技術的抑鬱症客觀評估方法，以提高抑鬱症的診斷效率和準確率。

@上海科技

情緒“x”光機如何輔助精神科醫生診斷抑鬱症？

@呂寶糧

我們的情緒“x”光機利用先進的傳感技術、可穿戴設備、深度學習演算法和腦電大模型，通過分析用戶的腦電和眼動等多模態數據識別患者的抑鬱症狀。患者只需在情緒“x”機上做10分鐘的測試，機器就會自動生成一個診斷報告。

該報告從抑鬱症狀的角度，給出患者偏離正常值的程度。相較于傳統的抑鬱症診斷方法，情緒“x”光機可以提供自動化、快速、客觀的定量分析，進而使精神科醫生能為患者提供更為個性化和精準的治療方案。

@上海科技

情緒“x”光機的抑鬱症客觀評估系統的應用前景如何？在您看來，它最終的呈現模式和適用範圍是什麼？

@呂寶糧

我認為未來每位臨床精神科醫生都需要配備一台情緒“x”光機，以實現抑鬱症的個性化、精準治療，提高醫生的工作效率，減輕醫生的工作負擔。除了醫院之外，情緒“x”光機也可以應用於各種崗位的抑鬱症篩查和早期預警。隨著情感腦機介面技術的不斷成熟和關鍵設備價格的降低，未來將會有家庭版情緒“x”光機。在家裏就像量血壓、測體溫一樣，可以方便地檢測自己的情緒狀態是否出現了異常，以調整生活和工作節奏，及時就醫。

情感腦機介面技術在未來抑鬱症等情感障礙疾病的診療中具有極大的發展潛力，我深信情感腦機介面技術將引領一場關於情感障礙疾病治療和管理的革命。隨著技術的不斷進步和精細化，我們能夠更準確地識別和監測抑鬱症患者的症狀變化，為他們提供及時且個性化的治療方案。

未來，這項技術將會與更多的智慧設備和應用程式整合，與增強現實、虛擬現實、大模型等其他創新技術相結合，形成一個多方位的治療平臺，從而更全面地支援患者的治療和康復過程，實現更廣泛的個性化醫療解決方案。此外，隨著大模型技術的進一步發展，我們能夠通過大數據分析預測疾病的發展趨勢，進行更為主動的干預。

@上海科技

從您的專業視角來看，腦機介面作為未來産業如何供給新質生産力？

@呂寶糧

腦機介面技術是一種典型的新質生産力，不僅符合新質生産力的定義，而且開創了一種全新的人與機器的自然交互方式。

我國腦機介面市場正在孕育發展過程中，已經受到了社會各界的廣泛關注。腦機介面技術是一項底層技術，它將來能在方方面面賦能百業，會對普通人的日常生活産生巨大的影響。(上觀新聞“上海科技”作者/藍悅 圖片/新華社 張建松 企業及專家觀點不代表官方立場)