腦機接口，當意念觸碰現(xiàn)實

楊冬

Neuralink是特斯拉和SpaceX公司的創(chuàng)始人馬斯克參與創(chuàng)建的一家高科技公司，前不久，該公司的研究者通過在猴子的腦中植入一定數(shù)量的電極，使猴子可以通過“意念”來控制光標在電腦屏幕上玩乒乓球游戲。Neuralink公司在猴子腦中植入的設備可以在大腦和外部機器之間建立直接的聯(lián)系，這種設備被稱為腦機接口。

Neuralink公司使用的技術需要將設備（電極或者芯片）植入動物的腦中，因此被稱為侵入式腦機接口技術。與之相對的則是利用腦電波等在顱外“讀出”腦中信息（或者往腦內“寫入”信息）的技術，被稱為非侵入式腦機接口技術。從操作的便利性、安全性出發(fā)，顯然非侵入式技術具有一定的優(yōu)勢。但是，侵入式技術“讀出”的信號有更高的信噪比和分辨率，而在“寫入”信息時也更加精確。具體哪一類技術更具有應用潛力目前還未完全明確。可以想象，對于已經患有嚴重的神經系統(tǒng)疾病的病人而言，或許侵入式的技術作為一種治療手段更為有效，同時，有嚴重疾病的患者也更能容忍植入設備所帶來的風險。如果在健康人身上應用腦機接口技術，非侵入式技術也許是更好的選擇。

改善癱瘓者的生命質量

腦機接口的相關技術并非Neuralink公司首創(chuàng)，這類研究已經發(fā)展了很多年，也取得了很多進展。可以想象，也許未來的某一天，腦機接口可以被批量應用到病人身上，用于治療神經系統(tǒng)相關疾病。目前，一些研究者已經開始利用這個技術治療癱瘓病人，或者改善他們的生活質量。比如，未來的腦機接口技術可以使癱瘓病人通過大腦的意識驅動輪椅或者機械臂，從而讓他們的日常起居、出行更加便利。

2020年，浙江大學的研究人員在一位72歲的高位截癱病人體內植入了侵入式腦機接口設備。利用這個技術，病人可以通過意識控制機械臂實現(xiàn)抓取食物、握手等一系列上肢動作。隨著腦機接口技術的進一步發(fā)展，癱瘓病人不僅能通過意念控制機械臂，而且還可以同時具有觸覺，即可以感知到機械臂握住了某一個物體。最近，美國匹茲堡大學的研究人員發(fā)表在《科學》雜志上的一項研究表明，如果在人腦的軀體感覺皮層中植入電極，就可以讓被試者獲得機械臂的觸覺，從而更好地控制機械臂的動作。利用意念控制機械臂的技術也可以運用到健康人身上。比如，人們可以利用腦機接口控制機器人或者外骨骼，從而完成人類原本不能完成的任務。這項技術在某些特定場合（如外太空）會有很大的應用價值。

除了讓癱瘓病人恢復運動能力，我們也許還可以利用腦機接口讓失去與外界交流能力的病人恢復和外界的聯(lián)系。有一種名為閉鎖綜合征的疾病，患病者雖然仍然具備意識，但是完全失去了運動能力，因此無法通過語言或者書面形式與外界交流。部分閉鎖綜合征患者的眼球還可以轉動，所以可以利用一種跟蹤眼球的方法，讓他們通過轉動眼球盯住屏幕上的某個字母，從而選擇相應字母實現(xiàn)與外界交流（速度約為每分鐘47.5個字母）。然而，這種交流方式不僅速度較慢，而且也不能運用到那些無法進行眼球運動的患者身上。因此，利用腦機接口技術直接從腦中讀取信息，對嚴重的閉鎖綜合征患者來說是不可替代的解決方案。

今年，《自然》雜志發(fā)表了一項美國斯坦福大學研究團隊的科研成果。該研究團隊在癱瘓患者腦內植入侵入式腦機接口設備，然后讓患者想象他們在手寫某個字母。通過使用機器學習技術，研究人員可以利用從人腦中提取的信號“破譯”出患者通過想象書寫的字母，準確率可達94%以上。通過這種方法，患者通過意念可以實現(xiàn)每分鐘90個字母的打字速度，遠超過上面提到的眼球跟蹤技術所能達到的水平，而且不需要患者有轉動眼球的能力。顯然，如果這一技術最后能夠進入實用階段，閉鎖綜合征患者的生存狀況將會有很大改善。

在腦之間傳遞信息

隨著腦機接口技術的發(fā)展，未來能否通過腦機接口在兩個人腦之間直接傳遞信息呢？其實，這方面的研究目前也獲得了初步成果。

哈佛大學在2014年進行的一項研究是利用非侵入式設備在健康人的大腦之間進行信息傳遞。在這項實驗中，有一個人是“信號發(fā)送者”，他盯著顯示器屏幕，想象用手（或者腳）水平移動屏幕上的一個小球并使它擊中屏幕上的一個目標。這種想象的運動會在人腦控制相應肢體運動的區(qū)域中產生腦電波信號，并且可以被記錄為“1”。如果“信號發(fā)送者”在意念中沒有移動小球，那么就沒有相應的腦電波信號，計算機就把它記錄為“0”。這種方法被稱為“基于運動想象的腦機接口系統(tǒng)”。當然，實際操作比這里描述的更加復雜。比如，收集的腦電波信號必須進行各種處理，同時“信號發(fā)送者”還得進行訓練，才能達到比較高的成功率。

實驗中，“信號發(fā)送者”通過想象移動或者不移動小球，產生了一連串包含“1”和“0”的信號。這串信號通過電子郵件被發(fā)送到另一個地點，而在那里有一位“信號接收者”。他的頭上固定著一個經顱磁刺激裝置。如果收到信號“1”，該裝置就會對“信號接收者”的視覺皮層進行一個電磁刺激，從而使之感受到一個光點幻覺。如果收到信號“0”，那么就在腦的另一處進行刺激，因此“信號接收者”感受不到光點。通過這樣的方式，把信息用二進制編碼然后將一串只含有“0”和“1”的字符串通過腦機接口進行傳遞，是可以實現(xiàn)把來自“信號發(fā)送者”的信息直接傳遞到“信號接受者”的大腦里的。比如，在2014年3月28日的實驗中，實驗人員成功地在兩位受試者之間傳遞了140比特的信息。同年4月7日的另一次實驗還成功地在兩個人之間傳遞了“halo”和“ciao”兩個單詞。總體而言，這個體系可以實現(xiàn)接近90%的準確率，遠遠高于隨機猜測“0”或者“1”帶來的準確率。這說明在腦與腦之間利用非侵入式的腦機接口傳遞信息是可行的。

腦機接口的應用與隱患

目前，腦機接口技術雖然還處于初步發(fā)展階段，但是可以預料，在不久的將來，這項技術會逐步成熟并會步入應用階段。其最初步的應用會出現(xiàn)在醫(yī)療領域，可以對癱瘓、失語、失明的病人進行康復治療。然而，隨著技術的發(fā)展，腦機接口技術可能被運用到健康人身上，從而提高健康人的能力。比如，在未來使用腦和腦的直接信息交流來幫助人們實現(xiàn)更高效率的決策；或者通過直接往腦內下載信息從而提高學習效率。這些今天看似匪夷所思的幻想，也許在不遠的未來會成為現(xiàn)實。

所以，毫無疑問，腦機接口有巨大的潛力，可能給我們的生活帶來無法估量的正面影響。然而，和許多新興技術一樣，腦機接口技術也具有兩面性，它同樣可能帶來不可忽視的消極后果。比如，如果你可以“讀出”一個人腦內的信息，那么這個人是否還有隱私可言呢？同樣，如果我可以往你的腦內“寫入”信息（就像上面提到的腦之間的信息傳遞），那么你的決定還是你個人的決定嗎？是不是我在一定程度上已經代替你做出了決定，即你實際上是被我“遙控”的？這些問題都是值得深入探討的，因為它們將界定腦機接口這項技術的倫理界限，規(guī)定它可以做什么和不可以做什么。

暢想腦機接口的未來

讓我們想象一個腦機接口技術已經可以實用化的社會，看看腦機接口技術究竟可能給我們的生活帶來什么影響吧！

在2051年，人類已經發(fā)明了實用的腦機接口技術用來治療阿爾茨海默病。王大爺已經患阿爾茨海默病5年了，最近幾年他的病情出現(xiàn)了惡化，經常記不住身邊人的名字，出門也老是忘記回家的路。他的兒女不由得為父親擔心，好在為阿爾茨海默病患者設計的治療儀已經上市。這個治療儀其實就是一種非侵入腦機接口。從外形上看治療儀像一個帽子，把它戴在病人頭上，就可以自動向病人的大腦發(fā)出信號，從而糾正病人的行為。比如，王大爺忘記他兒子的名字的時候，治療儀就會“告訴”王大爺，他的兒子叫王小冰，王大爺就瞬間記起兒子的名字了。當王大爺迷路時，治療儀可以利用GPS信號確定王大爺?shù)奈恢茫业剿摶丶业姆椒ǎ⑶覍⑾鄳盘杺鬟f到王大爺腦中。王大爺就馬上“想起來”原來他在離家3千米的地方，可以乘坐251路公共汽車坐三站即可到達家門口。從王大爺?shù)慕嵌瓤矗@一切都是他自己想出來的，而治療儀對他而言只是一頂帽子，與他想什么毫無關系。

不過，治療儀還可以繼續(xù)升級。比如，王小冰覺得父親的生活過于單調，決定往治療儀里上傳一個下象棋的程序。這樣，王大爺就可以在治療儀的控制下與鄰居老徐頭下象棋。在王大爺心中，象棋的每一步走法都是他自己想出來的。又過了幾天，王小冰覺得王大爺可以發(fā)揮余熱，比如輔導自己的兒子（也就是王大爺?shù)膶O子）學習小學語文。于是，他又向治療儀里上傳了一個“《唐詩三百首》程序”。于是，在治療儀的控制下，王大爺成為了唐詩專家，可以輔導孫子學習唐詩了。當然，在王大爺心中，每一首唐詩都是他自己原本就知道的，和頭上這頂帽子沒有任何關系。隨著不斷上傳新的程序，治療儀也擁有了越來越多的功能，王大爺也能不斷“解鎖”新技能，與幾年前的那個健忘老大爺判若兩人。然而，王大爺還是王大爺嗎？

當然，王大爺只是一個幻想故事中的角色，故事里提到的技術，即使可能實現(xiàn)，估計也得幾十年之后。但是，我們確實需要正視腦機接口技術可能帶來的深刻影響，而這并非純粹的幻想。腦機接口技術，特別是涉及向腦內輸入信息的技術，必然會在一定程度上侵入人類的“自我”之中。那么，我們愿意把多少 “自我”讓渡給技術，而又愿意保留多少給自己呢？讓腦機接口技術接管部分你的思考過程有可能治療疾病，甚至提高你的能力。然而，隨著這個接管程度的不斷增加，你的“自我”也必將逐漸被芯片接管。那么，這里是否應該存在一條界線呢？如果有，應該劃在哪里呢？這些問題都值得我們每一個人深入思考。