戴上个头环就能提高注意力？别扯了......
最近，浙江的一所小学采用了一种脑-机接口产品——脑强技术——Focus 1。据说头环采集的脑信号可以通过脑机接口的头环和匹配的APP传输到电脑或手机上，从而可以实时检测和计算学生在课堂和作业中的注意力分数，提高学生的注意力。
图|BrainCo
根据智囊团的官方网站信息，该公司是由哈佛大学创新实验室孵化的中国团队，专门从事脑科学产品的研发。这种脑-机接口头环还获得了各种奖项，似乎离诺贝尔奖只有一步之遥。
图|BrainCo
看到许多媒体都在关注这款头盔是否利用儿童作为机器来监控非人道行为，以及这些大脑信息数据是否是保密的等等。作为一名因数据收集和处理而秃顶的认知神经科学家，当看到这样一款“好”产品时，我不禁感到感动。
你应该知道这个产品很便宜(售价3500元)，但是方便易用。配备便携式设备(头环)和实时处理技术(所谓的美国航天局算法和浓度指数算法)，它可以自动生成结果图表和得出结论。几乎所有的过程都可以在一天甚至几个小时内完成。与我们从头到尾用一年半的时间完成一个脑电图实验相比，效率并没有提高。
然而，这种头带中使用的技术真的能实时检测大脑注意力的变化吗？
本着科研人员认真严谨的态度，我仔细分析了该产品的基本原理和技术。
只有一个头环能收集脑电波吗？
当我们看到美丽的风景，听优美的音乐时，这些外部信息会产生电信号，然后火花和闪电会通过长长的神经纤维一直传到大脑的神经中枢，最终产生感知和情感。当大脑活跃时，脑神经细胞会在大脑皮层或头皮表面产生自发或诱发电位。我们可以通过脑电图仪记录这些电波的变化。示意图如下:
图| http://www.xjishu.com/zhuanli/05/201810565890.html
然而，脑波非常微弱，由它们引起的电压变化的幅度是用微伏来计算的，所以我们平时感觉不到它的存在，并且很难收集它。此外，脑电波非常容易受到干扰。当我们试图消除不相关的脑电波，只提取有用的脑电波时，很容易过滤掉想要的脑电波。因此，脑电波的获取和解码并不那么简单。科学家在研究脑电波时，经常使用特殊的脑电图仪来记录脑电波的变化。脑电图仪可以降低头皮与电极之间的电阻，同时放大脑电波的强度，实现对脑电波的采集和分析。
图片|华南师范大学实验中心
我们都知道大脑的不同区域功能不同。目前，广泛使用的脑电图仪使用具有几十个电极的电极帽来收集电位，以便定位相应的脑功能区，同时通过去除头皮上的角质和施加导电膏来降低电阻。此外，脑电图放大器需要配置成增强信号强度。收集的电信号足以进行分析。
那么让我们来看看BrainCo推出的头环。从视频宣传可以看出，它只有一个环和两个电极。由于脑电波是一个电位差，所以必须有一个参考电极，所以可以推断这个头环只有一个有效电极。此外，由于没有采取降低电阻的措施，也没有配置相应的脑电信号放大器，所以信号真的能被采集吗？我表示严重怀疑。即使可以收集信号，这些脑电波也非常微弱，根本无法解码。
此外，头环还声称使用非侵入式脑机接口(BMI)。这是一项可以实现大脑和机器之间联系的技术。这项技术可以对脑电波信号进行解码，并将其转化为机器可以读取的指令，从而实现大脑和机器之间的互动。然而，最终，这种技术仍然是基于脑电图信号的记录和解码。由于脑电信号的微弱性和分散性，信号的分辨率很低。即使信号可以被记录，解码也是困难和不准确的。
解码脑电波信号真的那么简单吗？
实时检测浓度，解码脑波信号的技术是如此成熟？从这个头环的设置来看，似乎脑电波的解码就像声卡解码声音和声音变化一样简单，但事实并非如此。目前，脑波的解码算法类似于匹配方法，即将某一时刻的脑波与该时刻个体的活动进行匹配。例如，受试者被要求连续看10张图片，然后分别记录与这10张图片相对应的10个时间段的脑电波。匹配完成后，脑电图信号可被解码，以分析受试者当前正在观看的图片。当这些图片数量较少且内容相对简单时，匹配准确率可以达到70%-80%左右。然而，随着图片数量的增加和内容变得越来越复杂，匹配精度将下降到随机水平以下。换句话说，目前，面对复杂的情况，很难解码脑电波。
图|Cauchoix等人，2014年
然而，这种头带测试学生在课堂上做作业时的注意力。可以想象，这比简单地看图片要复杂得多。此时，仅依靠两三个电极采集的脑电信号，注意力必须被解码和分析，分析结果根本不可信。
这个头带到底能解码出什么样的脑电图？
为了找出这个头带所解码的脑电图信号是什么，我仔细研究了来自京东BrainCo官方旗舰店的促销视频。
照片|京东视频截图
从视频中只能观察到两个电极。我们不会评论电极的材料。结合产品推广图，可以看出一个电极位于用户的前额，一个电极位于用户的耳朵后面。粗略地说，前者的大脑区域位于额叶，而后者可视为枕叶或颞叶。乍一看，这似乎很合理，因为额叶与人们的注意力控制和其他功能有关，而枕叶和颞叶与视觉功能有关。
然而，这种定位非常粗略。无论是额叶、枕叶还是颞叶，这些都是大脑非常大的功能区域。每个区域包含许多复杂的功能。不是整个额叶只与注意力有关。除了视觉功能，枕叶和颞叶还有许多其他功能。头环将电极定位在这些区域，这不能解释这些脑电图信号对大脑代表什么功能。
此外，从我们实验研究人员的角度来看，这种头套的检测功能也是极其不可靠的，因为当孩子们在听讲座和做作业时，他们不仅利用了注意力功能，而且还调动了许多其他功能，如记忆、想象和说话，而且这些功能在短时间内同时发生，所以不可能知道此时孩子们的心理过程是什么。这些电极本身无法将这些功能与相应的脑电波相匹配。
因此，由这个头环收集的脑电图信号几乎是无效的，我们不能从它们中分离出注意力相关的信号。
既然头盔是无效的，为什么使用头盔的老师和学生说学生的成绩提高了？
这并不奇怪。想象一下，当你学习的时候，老师站在你旁边监督你。工作时，老板一直在你旁边看着你。你的一举一动都在他们眼里。你能努力学习吗？我们能不能不尽我们的职责？
这种效应我们称之为“霍桑效应”，也就是说，当我们意识到自己正在被别人观察时，我们会故意改变自己的行为。社会心理学也称这种效应为“社会促进”或“受众效应”，即当他人在场时，它会提高相关方的活动效率。
学生成绩的提高只能表明学生本身有潜力。只要他们努力学习，他们的成绩就会相应提高。然而，这个头环只起监督作用。
事实上，福司头环基本上与最近的量子涨落速度读数相同。人们对自己不熟悉的知识领域的崇敬，以及父母和老师对孩子的期望，共同导致了人们对这些产品的迷信。
无知是现代社会的封建迷信。当一项新技术出现在我们面前并声称它能改变社会时，我们必须在理解这些技术背后的原理后持怀疑态度并做出判断，否则只会伤害自己和孩子。
最初的标题是“注意力只能被头环检测到吗？”》
参考
麻省，考克霍伊，巴兰冈-杰森，g .，塞尔，t .，&巴伯，E. J. (2014)。MVPA揭示的野外人脸检测的神经动力学。神经科学杂志，34(3)，84854。
张海军，王浩川。[.多导联脑电信号的分类与识别研究.计算机工程与应用，2008，24。
大卫·迈尔斯。社会心理学:人民邮电出版社，2006