互动科普

 如果“灵魂”可以出窍 

撰文  米格尔·A·L·尼科莱利斯（Miguel A. L. Nicolelis）

翻译  李雪松

审校  宋森

过去30年来，几乎每次我的论文稿经过同行评议流程后返回时，我都不得不面对一条必然会出现的反馈意见：建议将所有关于脑机接口的不靠谱想法从论文中删除。多数情况下，那些在出版前审查这些论文的其他神经科学家都不愿意认同这样一个观点，即这项研究在未来可能会促成一些更加大胆的科学梦想。每当我按照他们的要求苦苦修改论文时，我都会幻想，总有一天，我能够“挽救”这些奇思妙想，让其他人接受这些想法，认真地思考这些想法。现在，我们实验室取得的研究进展表明，这一天终于到来了。

就在我与极端保守的学术文化对抗的同时，一些科幻小说作家和电影导演却在毫无顾忌地进行创作，而他们的想象力往往又过于丰富了。仅在2009年，就有两部好莱坞巨作——《未来战警》（Surrogates）和《阿凡达》（Avatar），把科学家描述成利用先进技术像巫师一样控制、伤害、杀害和征服人类的大反派。在这些电影中，人类可以通过脑机接口控制代理机器人去生活、去相爱、去战斗。代理们被派去完成宇宙巡游等繁重的任务，有时还要为了人类主人的利益，去消灭整个外星种族。

我们不妨从另一个角度去看待即将到来的机器时代。我对用脑波控制机器人（常被称为脑机接口）将带来的冲击进行了长时间的研究和思考，我所看见的是一个充满乐观和值得期待的未来，而不是一个充满不幸和灾难的未来。可能是因为对于这样的未来到底会怎样知之甚少，我强烈渴望有机会去了解大脑摆脱躯体的束缚对人类而言意味着什么。事实上，鉴于脑机接口研究对于人类前景有着不可估量的价值，我想不出人们有什么理由去反对它。

一旦人类大脑能够从身体的约束中“解放”出来，残疾人就有望摆脱轮椅，重新站起来。然而还不止于此。神经社会网络（neurosocial networking）的时代已经隐约可见。忘掉短信和微博吧。在这样一个以大脑为中心的未来，你或许可以与旁边的同事脑对脑直接沟通，或者通过一种我们称为“脑网络”（brain net）的新媒介，与数以百万计的粉丝交流。Flickr网络相册也将成为历史。你脑中的玫瑰色黎明美景，或者你家乡的球队在世界职业棒球大赛（World Series）中夺冠的实况，都可以通过射频脑电波直接传送到容量达数PB的便携式硬盘里（1PB=1015B）。

穿哪种机器外套?

就目前而言，将大脑中的所有思想下载到计算机，或者通过计算机模拟整个大脑的想法还不可能实现。我们人性的本质——比如，让南非前总统纳尔逊·曼德拉（Nelson Mandela）成为这样一位伟人的东西——永远不可能传送到硬盘中去。但实验中，啮齿动物（rodent）、猴子和人类在实验设备的帮助下可以实现大脑和电脑直接互连。基于这些发现，我预见到了一个令人激动的未来。

在未来20年内，通过将人脑的大块区域和机器进行双向连接而建立起来的脑机接口技术，将有可能使那些患有严重神经疾病的患者恢复功能。这种接口技术有可能帮助数百万无法自主听、看、触摸、抓取、行走或者说话的患者恢复神经功能。更有甚者，这些人也许能够完成通过脑电波交谈这一无法想象的任务。

我和其他人合作创建了一个叫做“重新行走”（Walk Again Project）的国际研究联合项目，让我们对那种未来有了一个初步认识。几年前，我的研究小组论证了将活体大脑组织与多种人造工具连接的可行性后，我们就产生了创建这个项目的想法。该项目的目标是开发和实现第一个脑机接口，使身体严重瘫痪的病人——不管他的病因是脊髓创伤还是神经退行性疾病（neurodegenerative disorder），都能恢复全部移动功能。

为了完成这个目标，我们打算设计一个神经辅助装置，能够让瘫痪病人通过脑机接口来控制全身外骨骼的移动。这种“可穿戴的机器外套”将让病人能够自主控制上下肢移动，还能支撑并移动他们的身体。我们对恒河猴（rhesus monkey，别名猕猴）和其他多种动物进行了脑机接口实验，并以这些实验为依据，得出了设计这套装置的神经生理学理论基础。

在这些实验中，一只叫做奥罗拉（Aurora）的恒河猴学会了通过脑机接口用意识来定位电脑光标，跟它们利用摇杆完成这项任务时一样自然流畅。此后，我们在晚期帕金森病患者身上成功地重复了同样的实验。后来，一只身处美国杜克大学我的实验室的猴子，学会了通过因特网传送脑信号，来控制万里之外日本机器人的腿部运动。

现在我们已经启动了逆向研究，直接传送信号到猴子的大脑皮层，让这个猴子知道用来“款待”它的食物是放在其中某个盒子里面。我们接下来的努力方向之一，就是让一只猴子可以告诉其他猴子食物在哪。新一代的神经义肢技术（neuroprosthetics，即使用人造装置代替受伤的神经系统或者感觉器官）需要能与外界进行双向交互。穿戴着神经义肢设备的人，需要从大脑向仿生电子脚发出命令，不仅要让电子脚迈到下一级台阶，还要接收假肢已经接触到坚硬表面而产生的反馈信息，然后才能发送下一个命令，抬起另一只脚。

有了与外部世界的双向连接，我们就将站到通向仿生学未来的门口。大脑接口将融入目前正在接受测试的最复杂的机器人四肢。机器人的胳膊、腿脚与生物躯干的接驳，将像乐高积木（LEGO blocks，一种流行的可以随意拼插的积木玩具）一样拼接在一起。这种机器外套[或者称为外骨骼（exoskeleton）]穿在残疾人绵软无力的身体上之后，将与大脑的主要控制中心——大脑皮层建立起直接的连接。

为了帮助残疾人实现通过脑机接口控制外骨骼的蓝图，我们需要更加先进的技术。能安全植入人大脑的新一代高密度微电极必不可少，它的作用是稳定可靠地长时间同步记录成千上万分布在不同脑区的神经元的电活动。事实上，为了使脑机接口能够在医学领域获得实际应用，患者能够负担得起，这些大规模记录脑活动的电极必须无故障工作10年以上，不需要外科手段来修补。

定制的神经芯片也将被永久植入，通过训练，我们能将脑电模式转换成能够控制外骨骼的信号。为了降低感染和损坏皮层的风险，这些神经芯片将采用低功率多波段无线技术来传输人脑细胞产生的大量信息，一个只有手机那么大的可穿戴信息处理单元将接收它们。这个处理单元将负责执行大脑内部工作模式的运算，目的在于优化即时抽取出的、用于触发某种动作的脑电信号。

我们选取的这些和脑机接口相连接的神经元将分布于多个不同脑区。从控制运动的部分脑区发出的原始电信号中提取的数字信号，将促使运动部件开始工作，这些部件分布在机器人一般的外骨骼的关节部位。神经信号将与机器外骨骼互动，以模拟人类脊髓的功能。这些命令将允许病人一步步向前迈步，减速或者加速，转身或者爬楼梯。同时，大脑和机器之间还继续在后台保持对话，相互收发信号。这些技术将使大脑信号和机器反馈不断相互适应。

我还设想了一种拉伸力传感器，分布在外骨骼各处，它们将为仿生触觉和本体感受（proprioception，机器外套位置的变化）产生一系列持续的反馈信号，实时更新到病人的大脑。微小的电刺激器将把信号传送到大脑皮层。也可以用另一种方法，通过光信号来激活部署在大脑皮层的光敏离子通道（light-sensitive ion channel）。根据此前用猴子完成的脑机接口试验，我预计在数周的交互之后，病人的大脑将彻底适应整套外骨骼，把它们当作自己身体真实的延伸。到那个时候，病人就可以通过脑机接口控制外骨骼，想去哪儿就去哪儿，甚至独立自主地环游世界。

神经网络应用前景

如果我们掌握了借助脑部电活动使人类大脑与外界各种各样的计算机设备进行交互的技术，几十年后世界将会怎样?从我们随身携带，甚至可能植入体内的微型个人电脑，到目标瞄准数字社交的远程分布网络，我们的日常生活无论看起来还是感觉起来，都会变得和现在我们习惯的生活大不相同。

在开创者看来，跟个人电脑上的操作系统和软件进行交互将成为一场激动人心的冒险，因为我们的大脑活动将被用于抓取虚拟物体、触发程序，撰写备忘录等，最重要的是，可以跟我们喜爱的脑网络中的其他成员自由交流，这个脑网络就相当于现有在线社交网络的超强升级版。事实上，英特尔、谷歌以及微软等公司都已经创建了他们自己的脑机接口研究部门，从此可以看出，我的想法并非牵强附会。现在最主要的障碍是，开发出一种没有伤害的方法，对大脑活动进行必要的抽取，从而使这样的脑机接口变成现实。我相信，这类解决方案有望在接下来的20年内实现。

那时，难以想象的事情都将变得习以为常：能力得到增强的人类可以用自己的大脑来控制替身和人造工具，身临其境地去体验各种偏远的环境。从大洋深处到超新星边界，甚至是我们身体内部细胞中的缝隙，人类的活动范围，将最终赶上我们探索未知的勃勃雄心。正是在这种背景下，我设想我们的大脑将最终完成几百万年来的史诗般的旅程，脱离这种古老地球生命的躯体，通过使用双向的、由意识驱动的接口，我们可以操控无数纳米工具，它们就像我们的眼睛、耳朵和手一样，帮助我们徜徉于大自然鬼斧神工的微观世界。

在非常大的尺度下，我们将有可能远程控制外交特使、机器人以及各种形状和大小的飞船，代表我们去探索宇宙中遥远角落里的行星与恒星，彻底了解陌生的土地和风景。

探索过程中的每一步，我们都将继续引入后来者为思想旅程创造的工具，它们能进一步拓展自我，定义一类对世界的新认识，并带来一种在这类新认识下的交互方式，这些变革将远远超出我们今天的想象。这种想法让我感到极度的满足与自豪，就好像是500年的一名葡萄牙水手，在经历了九死一生的漫漫航程之后，看到了一个全新的世界，那里有光明的海岸。

人们在定义个人概念时依据的是人的物理轮廓，这种概念已经根深蒂固。随着大脑的完全解放，这个物理轮廓是否会变得模糊，甚至消失呢？在遥远的未来，会不会有一天，我们能够体验到作为大脑意识网络的一个部分而存在的自己？一旦这个真正由思考中的大脑构成的网络得以实现，参与其中的人是否不仅能够单靠思想彼此沟通，还因为已经达到无缝的“心智融合”（mind meld）而能切身体会到对方的感觉与认知呢？如今，只有极少数人愿意进入这片未知领域进行探险，但是我们不可能预知，如果后来者有机会体会到上述这些看起来难以置信的设想，他们将作出何种反应。

如果承认所有这些令人震惊的场景真有可能实现，并且理所当然地认为这样一种集体心智融合可能会成为大家都自愿接受的一种道德的交流方式，未来的一代代人将通过它互动并分享他们的人性，那么会不会有一天，我们的后代早晨醒来时突然意识到，他们已经平静地孕育出了一个完全不同的人种？实际上不难想象，我们的后代或许真的会集齐建造一个实用脑网络所需的一切经验、技术和伦理法规，通过这样一个媒介，数十亿人自愿建立起临时的连接，仅仅通过思想与人类同胞直接交流。

这样一个巨人一般的集体意识到底会带来怎样的观感与体验，无论是我还是这个时代的其他任何人，都不可能构想出任何概念。也许，它会出乎我们的预计，带来最终极的人类感知体验：我们会发现每一个人都不再孤单，因为我们最私密的想法、体验、苦恼、激情与欲望等这些最基本的使我们能称之为人类的东西，都可以被数十亿兄弟姐妹分享。

只要让想像力再稍稍跳跃一点便可以想象，我们的后裔在获得全新智慧的同时，或许还会下定决心，跨越我们人类史诗般历史上的另一道界限，为了造福子孙后代及其宇宙后裔，把丰富多样的人类遗产努力记录下来。我认为，只有通过将我们的记忆转移到一个数字存储媒介之中，把每一个人一生的故事以无可替代的第一人称视角保存下来，人类遗产这份无价之宝才有可能记录完整。这种方式将用来保护我们这些终有一死的凡人留下的独一无二的记录，否则这些在短暂的一生中留存于人们心中的记录，会随着生命结束而不可避免地永远消失——如此浪费，是自然界犯的一个罕见的错误。

我希望，在我的科研生涯结束之前，努力把梦想做大将有助于实现这一愿望——沿着一条想象中的发展之路，从如今的用大脑控制计算机，到最终控制外骨骼，甚至通过神经发送短信。如果最终，就用几十年来我一直在想要表述的那种回应方式，将对那些挑剔的学术评审委员的回答传送到他们的听觉皮层，用这样一幕为我在这一科学领域里的奋斗画上句号，一定很有意思。