与脑电波“对话”的课堂

  • 文/蔡金铭 王晓琪 图/唐诗雨 (党委宣传部/新闻中心)
  • 创建于 2021-10-19
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  “绿野堂开占物华,路人指道令公家。令公桃李满天下,何用堂前更种花。”房子无需种花,便占尽“天下精华”;好课无需宣扬,新生者年复年;良师无需吹夸,能开启慧眼。在2020年中国科学院教育教学成果奖中,“脑电技术的教学探索与创新”获二等奖。作为这项成果的重要部分,中国科学院大学(以下简称“国科大”)《脑电技术概论》课程备受好评,上过此课的同学们也评价其“有内涵”又“幽默”,此番魅力是如何练就的呢?

  “《脑电技术概论》是我在国科大雁栖湖校区学过的最最最干货的课程之一,也是往届师兄师姐强烈推荐的课程。”修完课程的同学评价到。选课是同学们“抓心挠肝、苦心规划”的时刻,而《脑电技术概论》课程正是同学们争相选报的热门课程之一。

  这门课程,不仅在国科大心理学系同学之间颇负盛名,也吸引来自生命科学学院、未来技术学院、纳米科学与技术学院等院系的许多同学。从看似难以捉摸的大脑信号,到有规律可循的线、数据和图,这门课程打破了“次元壁”,让同学们与“脑电波”进行“跨次元”的沟通,探索其中隐藏的奥秘。

  办公室里,两位学者正在热火朝天地讨论着《脑电技术概论》课程的进度与同学专业状况,他们便是国科大博士生导师、中科院心理研究所研究员胡理和古若雷。

古若雷(左)和胡理(右)

  《脑电技术概论》课程讲授的脑电技术是心理学和认知神经科学研究的重要工具,可以应用到大部分心理学研究的领域中,为同学们之后的科研奠定技术基础。

  胡理和古若雷是这门课程的授课老师,他们分工合作,各展所长,各尽其才。胡理的授课内容主要是脑电数据分析,面对学科基础不一的同学,他化繁为简,通过举例子、比喻等方法,将复杂的知识讲得清晰明了、简单易懂又不失生动幽默,实操课上更是手把手教学,耐心地为每一个同学理清每个难点和问题;古若雷主要讲授脑电实验设计与论文写作部分,他授课层次清晰,对重难点讲解细致,生动易懂,略带口音的讲授让他的课程别具“反差萌”,拉近了与同学们的距离。

  由于选课同学基础不同,有的同学熟悉编程和数字信号处理基础,可以较快掌握课程内容,但大部分同学之前并没有真正接触过,这给授课带来一定难度。为解决这一问题,胡理在讲授脑电数据分析时,会将代码分享给同学们,仔细讲解每个代码的用法,并与每个同学沟通在实际操作中遇到的问题。

胡理

  心理学系2020级硕士生李经纬提到,“脑电技术很实用,老师无私分享代码并一步步教我们操作,编程基础不太好的也很容易上手,有基础的也能进行更深入的研究。”心理学系2020级硕士生张宇涵则表示,“以后处理数据终于不用挨个‘点点点’了,而是可以用代码去批量操作了,这对我以后的科研工作很有帮助。”

  轻松的课堂氛围是这门课的独特之处,同学们在这门课中扮演着绝对重要的角色——有疑问马上提出,有困难随时举手是师生们默契的共识。课堂上,胡理和古若雷博闻强识、循循善诱、有问必答,理论与实践并重,内涵与幽默并举;同学们聚精会神、热情高涨。

古若雷

  生命科学学院2020级硕士生张慧康对此感触颇深:“学了这门课,我明白了一个标准、规范的脑电研究如何从无到有。我对脑电的实验设计、论文撰写、数据采集与分析有了全新的认识,学到了很多好用的数据分析和作图方法。二位老师在课上课下与我们的互动都十分有趣,会十分耐心亲切地解答我们提出的问题。”

  随着信息和计算科学技术的进步,脑电研究正向“多学科交叉、多中心联合、大数据”的模式转变,脑电技术成为多学科专业教学体系中不可或缺的重要组成部分。开设这门课程的初衷是让同学们了解和初步掌握脑电技术,为今后的研究打下一定的基础。

  虽然课程涉及的是心理学研究中相对基础且实用的内容,但在开课过程中,胡理和古若雷也碰过很多壁。“课程开设之初并不是一帆风顺,主要面临着两大困难。”胡理感慨说,“一是课程课时受限,脑电相关内容十分丰富,四十课时所能涉及的内容有限;二是开设之前缺少与时俱进的教材。”

意识到课时受限问题后,胡理认真思考并进行更加精要、更加紧实的课程内容设计,保证同学们在有限课时下获得最实用的、同时也很广泛的知识和操作,为以后同学们的科研奠定基础。同学们能够在课堂学习脑电技术的基本知识、实验设计、硬件链接、数据采集、数据预处理、数据分析、特征提取、作图统计、论文撰写、文献介绍等丰富的内容。

古若雷在办公室备课

  对于教材,胡理表示:“目前相关教材多出版于10多年前,比较老旧,没有跟上技术的发展。”因此胡理联系了相关领域出色的教师与研究人员,共同撰写了教材并应用于课堂。

  “最开始准备的时候并不容易,太多东西需要我们补充,我们联系了国内10多位老师,梳理了脑电技术的发展历史和基本原理,并结合近20年脑电技术的新成果,合写了一本教材。”在多方筹备下,2020年12月,《脑电信号处理与特征提取》终于出版,最新科研动向被写进了书中,弥补国内脑电技术领域在教科书方面的不足。

  胡理在办公室备课

  与其他教科书不同的是,《脑电信号处理与特征提取》凝结了作者一线工作经验和个人心得,而非仅从已有资料中查阅和整合,因此更有创新性和教学价值。该书一经出版,便取得良好反响,2000册初版书很快售罄。

  古若雷笑称:“我想囤一些当教材用,可等了3个多月,还一直缺货。作为一本技术类的教材,能受到这样广泛的欢迎,实在出乎我预料。”同时,该教材亦被纳入到中国科学院大学研究生教材体系,受到国内外同行的广泛关注,得到电子科技大学长江学者尧德中教授、北京师范大学心理学部部长罗跃嘉教授等脑电领域学界泰斗的高度评价。此外,该教材也同步出版英文版EEG Signal Processing and Feature Extraction,下载量已超3.6万次。

  谈及学生,胡理和古若雷便止不住微笑:“令我们印象最深的是,他们会在每次上完课后集体鼓掌,这很让我们感动,我们也从学生身上学到了很多。”雷动的掌声是同学们表达对这门课的认可最直接的方式,同学们在课堂中提出的问题也督促着他们改进教学中存在的短板,实现了教学相长。

  上过《脑电技术概论》的同学们也积极地分享学习心得与对这门课程的热爱。张宇涵提到,在课上练习时,电脑程序经常会出现bug,同学们会一个一个拿着电脑,排队找老师帮忙。这番场景,她在其他课堂中从未体验过。即使到了下课时间,仍会有很多同学围着老师提问,意犹未尽。

胡理(左)和古若雷(右)讨论课程教学

  除了常规教学,胡理和古若雷常常会给课堂增加一些有新意的“佐料”。

  “我不可能对任何事情追求最优化,至多我只能以满意为目标。寻求‘最好’只能是浪费紧缺的认知资源,‘最好’是‘好’的敌人。”这是美国经济学家赫尔伯特·西蒙在自传中提到的话。古若雷将很多诸如此类的哲理感悟都加入了课堂PPT中,也成为这门课的小惊喜。除了专业知识,跳跃着的思维碰撞出的灵感和兴趣,增添着课堂的人情味和学子的好奇心。

  虽然这门课程深受同学欢迎,但两位老师并不满足于此,而是希望能够精益求精。除了课上讲授的脑电数据分析技术,胡理也非常希望同学们能够参与到实践中,体验脑电实验从数据采集到分析、加工的整个过程。

  “我们已经搭建了适用于人体脑电研究和动物脑电研究的实验技术平台,配备了很多脑电设备,如果后续学生能够进行实际操作,自己动手练习,效果会更好。”

  除了常规教学,新冠肺炎疫情期间,胡理和古若雷受到心仪脑和脑客中国等主办方委托,参与组织了脑科学前沿技术与研究等一系列脑电技术方面的公益讲座。“有一场报告有7000多人同时在线观看,这让我很惊讶,从没想到这么多人会关注这个领域。”目前为止,两位老师已经参与了10多期公益讲座,每次都会把视频链接发给同学们,以便课余时间观看。

  课程之外,古若雷兴趣广泛,电影、漫画、足球都有涉猎,年轻的心态让他和同学们有很多共同语言,也让课程更富趣味。

  “古老师就像同龄人一样,第一次见到他,我还以为是班里的同学,没有距离感,有些‘天然萌’。”张慧康笑着说,“而胡老师则将大部分时间投入到了科研和教学中,用严谨的态度对待每一项工作,用幽默有趣的方式化解课程的难度。”

胡理(右一)指导学生

  两种不同性格的相遇迸发出的科研火花,让这门课程既有专业性,又有人情味,不仅传授破译脑电波的“密码”,更触动着每个同学的“脑电波”,激发他们主动去探求更广阔的领域。

责任编辑:李暄妍