在波蘭 IGNIS 任務中的「PhotonGrav」實驗中,國際太空站上的太空人成功僅透過腦部訊號操控電腦介面。即使在微重力環境下產生生理變化,系統仍達到平均超過 80% 的控制準確率。
本實驗隸屬於 IGNIS 科技與科學任務,主要目的在驗證**腦機介面(Brain-Computer Interface, BCI)**是否能在軌道環境中穩定運作。該技術可讓使用者直接以腦部活動與電腦互動,無需依賴任何肌肉動作。
研究團隊採用由 Cortivision 開發的功能性近紅外光譜(fNIRS)裝置。此技術類似血氧計,但應用於頭部,透過近紅外光穿透頭骨,測量大腦皮質特定區域的血氧變化。當大腦活動增加(如進行心算),該區域對氧氣需求上升,裝置即可偵測並轉換為可供系統判讀的控制訊號。
原先研究人員對於該系統在太空中的表現抱持不確定性,因為微重力環境可能影響血液流動與訊號品質。然而,研究顯示,在太空中取得的數據品質與地面相當。
本次實驗共有兩名太空人參與,包括 Sławosz Uznański-Wiśniewski 及 Ax-4 任務的另一名成員。每人於國際太空站進行三次、每次約 30 分鐘的測試。實驗分為兩階段:首先由系統學習個別腦部活動模式,其次則由太空人透過專注或放鬆等心理狀態,控制螢幕上的圖像移動。
研究發現,微重力環境反而使訊號更為清晰。由於體液向上半身與頭部集中,使顱內血液量增加,大腦更接近感測器,提升訊號強度。這一變化甚至影響到太空人的頭部尺寸,需使用不同大小的感測帽;同時,臉部外觀也會因體液分布改變而略有變化。
本研究將「成功運作」定義為辨識心理狀態的準確率達 70%,而實驗結果平均達到 82%,顯著高於門檻,證實太空人可在不使用肌肉的情況下有效操控系統,且為此類技術首次在太空中的實證。
未來研究將嘗試在地球上模擬微重力條件(如頭低腳高姿勢),以重現相關效果。此外,該技術亦被看好應用於極端環境中的健康監測,例如極地探險或深海作業,可在無醫療人員即時監控下評估人員健康狀態並提供預警。
研究團隊指出,這項成果不僅拓展了腦機介面的應用場域,也使大腦功能研究得以在更接近真實環境的條件下進行,而非僅限於實驗室。
—— 波蘭通訊社(PAP)科學報導,Ludwika Tomala