開啟意念控制機器的時代

據美國國防部相關部門透露，美方正進行一項名為“阿凡達”的研究項目，打算在未來打造出能通過意念控制的機器人。眾所周知，我們的一切思想、智慧與行動，歸根到底都源于神經活動。那充滿褶皺和溝壑的大腦皮層，是身體的最高指揮機關。在當前所取得的技術與知識的進展之下，腦機接口研究的先驅者們可令人信服地嘗試制造出增強人體功能的腦機接口，而不僅僅止于恢復人體的功能。這種技術在以前還只存在于科幻小說之中。

“意念取物”獲得突破

2012 年5 月16 日，來自美國布朗大學、退伍軍人事務所等單位的研究人員公布了一項新成果——成功幫助癱瘓患者利用大腦思維控制機械臂。這一有關“腦機接口”研究的成果，發表在5 月18 日出版的英國《自然》雜志上，并被作為頭條新聞進行報道。

實驗于2011 年4月12 日完成。錄像資料顯示，時年58 歲的女子凱茜·哈欽森（Cathy Hutchinson，實驗代號S3），利用意念驅動面前一只與電腦連接的機械臂，讓其抓起桌上一瓶咖啡并遞到自己面前。她利用吸管喝到咖啡，臉上露出興奮的笑容。

眾所周知，我們的一切思想、智慧與行動，歸根到底都源于神經活動。那充滿褶皺和溝壑的大腦皮層，是身體的最高指揮機關。其他部位的神經傳送和執行，來自腦部的指令。而脊髓，是周圍神經與大腦的通路。在一些情況下，很多癱瘓患者的大腦是好的，能夠正常發出指令；只是傳令通道或最終執行者那里出了問題。哈欽森就是這樣的一個人，15 年前因為中風癱瘓，無法行動，也不能講話，日常生活起居都需靠別人照料。在常人看來，用吸管啜飲飲料是一個很簡單的任務。但是對她這樣一位重度癱瘓的病人來說，近15 年來卻無法完成。

這項實驗由美國布朗大學、退伍軍人事務部、馬薩諸塞州總醫院、哈佛醫學院和德國航空航天中心合作進行。領導這項研究的是美國布朗大學腦科學研究所所長、布朗大學神經科學及工程系教授約翰·多諾霍（John Donoghue）和美國布朗大學神經生物工程學家利?霍赫貝格（Leigh Hochberg）教授。關于對這項新成果的評價，首席研究員雷·哈奇伯格（Leigh Hochberg）動情地說：“哈欽森第一次完成這個動作時是一個神奇的時刻。看到她使用意念控制機械臂拿起那杯咖啡，近15 年來第一次靠自己喝到咖啡。這是一個令人難以置信的幸福時刻。”

“大腦之門”正在開啟

這項成果是一項大型科研計劃——“大腦之門”（Brain Gate）的一部分。

“大腦之門”是一種“腦機接口”（Brain-computer Interface，簡稱BCI）系統，也就是將人類的大腦和機器連接起來的系統，最初是由布朗大學開發。“大腦之門”系統的芯片非常小，比一枚１美分的硬幣還要小很多。芯片上有100 個電極，其中有96 個能夠用于記錄神經信號。

每個電極長1毫米，比頭發絲還細，排成10×10 的陣列，電極間彼此相距400 微米。芯片放置在患者大腦皮層的第一運動區，這是控制自主運動的主要區域。一股13 厘米長的電線把芯片與一個鈦制基座相連，基座固定在患者的頭骨上。芯片記錄的神經活動信號通過基座傳輸給外部設備。后者經過放大和解碼，從神經活動中解讀出病人的意愿，將之轉化為指令，發送給電腦。如此一來，癱瘓病人就可以控制如計算機、輪椅和仿生肢體等外部裝置了。

“大腦之門”早在2004 年，就被放入了一名24 歲的四肢癱瘓者的大腦運動皮層，幫助這位患者傳遞大腦信息，當時進行的這個首次植入人腦實驗持續了9個月的時間，結果公布在《自然》雜志上。2006 年，大腦之門團隊首獲成功，一名四肢癱瘓者當時能夠使用腦機接口系統控制計算機顯示器上的光標。

而這一次的最新成果則屬于“大腦之門2 期”（Brain Gate2）實驗。兩位測試者凱茜·哈欽森（Cathy Hutchinson）和羅伯特·維耶特（Robert Veillette實驗代號T2）都已中風，大腦組織受損，腦部與身體之間的神經連接已經斷開，所以他們四肢癱瘓，無法運動，無法說話，無法做一些常人可以做到的事情，例如伸手拿一杯水或刮一下鼻子。研究者的想法是繞過受損神經系統，將大腦直接與外部連接。這樣，大腦信號雖然無法控制肌肉，但可以控制機器或設備。

該研究小組使用兩種不同的機械臂進行了近兩百次測試。其一是DEKA Arm系統，這是與美國軍方合作研發的假肢，第二個是德國航空中心（German Aerospace Centre，DLR）研發的，作為外部輔助裝備厚重機械臂。參與實驗的兩名癱瘓者，都能夠使用意念控制機械臂拿起目標物體，成功率為43%到66%。

這一挑戰的難點在于要解碼來自病人神經接口植入端中的神經信號，然后將其轉換成機器裝置能讀懂的數字命令，從而機器裝置能執行準確的目標運動。當然，運動越復雜，解碼工作也就越難。

實驗中，兩位身體完全癱瘓的病人利用他們的大腦信號直接控制機械臂運動，成功握住小泡沫球和咖啡瓶。這是人類受試者完成的首次成功意念操控。當然，“大腦之門”技術要進入臨床運用，仍然有很多工作要做。“大腦之門”這一類的芯片必須植入人腦中才能詳細探測神經元活動，這種手術復雜而且危險。就目前來說，植入的芯片必須與通過很不雅觀的電線附屬于一個微型計算機。因此，下一個目標是使系統不用電線。布朗大學的研究人員和猶他州黑石微系統（該公司生產植入芯片）的研究人員正在研發一個無線版本，目前正在進行動物測試。

多諾霍希望，最終植入的芯片能夠直接對患者自身的肌肉產生電刺激，省去機械臂。這類實驗已經在非人類的靈長動物身上顯示出了潛力。研究人員希望，“大腦之門”技術10 年之內可以用于癱瘓和安裝了假肢的人，并且在經濟上讓他們負擔得起。最終，類似的技術也許能恢復不再工作的自然肢體的功能。

對腦機接口的研究已持續了超過30 年了。20 世紀90 年代中期以來，從實驗中獲得的此類知識呈顯著增長。在多年來動物實驗的實踐基礎上，應用于人體的早期植入設備被設計及制造出來，用于恢復損傷的聽覺、視覺和肢體運動能力。在當前所取得的技術與知識的進展之下，腦機接口研究的先驅者們可令人信服地嘗試制造出增強人體功能的腦機接口，而不僅僅止于恢復人體的功能。這種技術在以前還只存在于科幻小說之中。

意念控制走向應用

這種聽起來十分玄妙的意念控制技術，說白了其實并不深奧。19 世紀末，德國生物學家漢斯伯格觀察到電鰻自體會產生電流，這個現象啟發了他，從而發現了人腦中微弱的電流。而腦波的生理電位通常十分微弱，大約在5～30 微伏特左右，屬于0.5～60 赫茲的交流信號。此外，腦電會隨著人的不同情緒與身心狀態而改變，并且只有在人腦死亡后才會停止，所以通過獲取腦電信號并加以解碼分析，就能夠獲得一系列信息。人的大腦是由數以萬計的針尖大小的神經交錯構成的，神經相互作用時，腦電波模式就釋放出這些神經元之間透露的思維信息。不同的神經活動會產生不同的腦波模式，不同的腦波模式會發出不同頻率的腦電波，從而表現為不同的大腦狀態。

而人腦每一次神經活動時都會產生輕微的放電，放出的電通過腦電波技術（醫學上稱為腦電圖）就可以測量得到。不過，單個神經產生的腦電很難隔著頭皮測量。因此，對情緒狀態的判斷是根據許多神經共同放電產生的集體神經活動得來。最終，通過特定算法技術就能把這些具體情緒狀態解讀出來。經過一個世紀的實驗，神經系統科學領域的專家們已經定義了大腦中控制具體活動的部位，比如人大腦前額處的皮質能夠產生更高級的思維，人的情緒、精神狀態及專注狀態都受這個區域的控制，這個區域被稱為大腦的FP1 區域。正是因為大腦可以隨狀態而波動，并已被確定為集中在FP1 區域，才使得人們對腦波的開發和運用不僅僅局限在醫療領域，把意念控制機器的可能性變成現實，讓人們在娛樂、教育、健康等領域感受意念控制的神奇和能量。

一些專家警告稱，美國“大腦之門”科技的快速發展，可能有著更險惡的用途。美國目前至少有12 個實驗室都在研發腦機接口技術，并且其中大多數實驗室的研究都受到了美國軍方的資助。

據美國國防部相關部門透露，美方正進行一項名為“阿凡達”的研究項目，打算在未來打造出能通過意念控制的機器人。《阿凡達》是美國電影史上最賣座的影片之一，在影片中，“阿凡達”是一個由人通過意念控制的角色。據報道，美國的“阿凡達”計劃中，被意念遙控的機器人將成為士兵的完美替身，從事清潔房間、站崗放哨、沙場鏖戰等一系列工作，最終成為名副其實的“未來戰士”。

雖然媒體不免放大對這種“阿凡達”戰士的想象，他們具體能做什么也只是停留在紙面上。不過，從科學上來看，“阿凡達”戰士倒并非幻想，只不過這條路剛剛起步，還停留在基礎研究的原始階段。

實質上，所謂“阿凡達”研究項目，主要對接的就是“腦機接口”研究領域，這一領域也正迅速成為全球科學家最熱門的研究對象，由于極具想象力的“意念控制”主題，也讓普通人都備感興趣。

《納斯達克》雜志在2011 年為蘋果列出了十大競爭對手，其中除了亞馬遜、谷歌和Facebook 這些巨無霸級的對手外，還有神念科技這家此前名不見經傳的公司。而它被選入列的原因，就在于意念控制這種新的人機交互方式正在向蘋果公司所擅長的人機界面發出了挑戰，其潛在的顛覆性，讓產業玩家們都不敢小覷。

2009年，第一款玩具類產品意念小球推向市場，在美國供售出100 多萬套，是當年亞馬遜圣誕節玩具銷量冠軍。目前，運用腦控技術的產品多圍繞四個領域展開——教育產業、健康產業、娛樂產業和競技體育領域。比如美國、韓國和歐洲一些國家的專業射箭運動員就在使用腦控產品來練習大腦的精神集中度。對于射箭和射擊運動員而言，肌肉、力量和身體素質并非獲勝的首要因素，在競技比賽中他們能否保持良好的定力和注意力才是制勝關鍵，因此相關的腦控產品會幫助分析運動員成績好與壞時，其腦電波狀態的差異，進而進行有針對性的反復訓練，以提高成績。

德國柏林自由大學的團隊推出了一種名為“德國制造”的自動駕駛汽車。該車利用激光雷達、微波雷達和立體攝像機，可以進行全方位的障礙物探測，并可以感應到前方200 米遠的汽車。關鍵的是，司機可以用意念控制車的速度和行駛方向。“思維車”的研制只是腦機接口技術領域的冰山一角，目前很多國家正爭相研究并完善“腦機結合”技術。例如，用“思維”打字就是腦機接口技術的一種應用。

存在技術障礙和倫理爭議

對意念控制這個科學主題而言，重要的還在于大腦研究的突破，讀懂神經信號這本“天書”。大腦是一個充滿液體和神經元的容器，上千億個神經元之間通過發出微小的電脈沖相互交流，對人體運動大到行走、小至抬眉的一舉一動“發號施令”。其中手的運動區少說也有幾萬到幾十萬個神經元。

對意念控制這種大膽的溝通手段，許多人目前還持保守態度。加拿大安大略省女王大學研究人員斯蒂芬·斯科特在《自然》上撰文指出，“大腦之門”在同類研究中最為先進。但他同時警告說，這一進展決不意味著“意念控制”技術已可以廣泛應用，因為還有極多難題有待解決。一些科學家認為，對完全殘疾的患者而言，它們并不是最佳治療方案。有些科學家還反對在納格爾身上做實驗，稱這種做法對大腦損害的風險非常大。另外，植入的電極容易引發炎癥和感染，結果電極會因此失去效用。由于人體植入芯片牽涉到倫理問題，這類研究活動目前在美國引起了較大規模的爭論。人權團體認為此舉有“侵犯個人隱私”之嫌。還有一些人表達出對這種類似“讀心術”的擔憂，害怕有一天“自己的大腦被控制”。

但在研究者看來，“腦機接口”的主要目標還是幫助人們更好地溝通，恐懼大可不必。高技術是第一生產力，是推動社會全面進步的偉大革命力量。我們在今后的許多世紀里，仍然要處于“技術化生存”（或“技術化發展”）之中。反科技主義的觀點是錯誤的，因為它是反人性、反人類的。如果高技術損害了人類的根本利益，那責任也不在高技術，而在研究、應用、控制、管理高技術的人。但是，我們也必須看到，高技術已有可能被我們濫用、誤用，造成人類自我的毀滅。唯技術主義、技術至上主義、技術萬能論的觀點也是錯誤的，因為這些觀點也是反人性的、反人類的。

（作者單位：淮南聯合大學）