脑机接口，当意念触碰现实

杨冬

Neuralink是特斯拉和SpaceX公司的创始人马斯克参与创建的一家高科技公司，前不久，该公司的研究者通过在猴子的脑中植入一定数量的电极，使猴子可以通过“意念”来控制光标在电脑屏幕上玩乒乓球游戏。Neuralink公司在猴子脑中植入的设备可以在大脑和外部机器之间建立直接的联系，这种设备被称为脑机接口。

Neuralink公司使用的技术需要将设备（电极或者芯片）植入动物的脑中，因此被称为侵入式脑机接口技术。与之相对的则是利用脑电波等在颅外“读出”脑中信息（或者往脑内“写入”信息）的技术，被称为非侵入式脑机接口技术。从操作的便利性、安全性出发，显然非侵入式技术具有一定的优势。但是，侵入式技术“读出”的信号有更高的信噪比和分辨率，而在“写入”信息时也更加精确。具体哪一类技术更具有应用潜力目前还未完全明确。可以想象，对于已经患有严重的神经系统疾病的病人而言，或许侵入式的技术作为一种治疗手段更为有效，同时，有严重疾病的患者也更能容忍植入设备所带来的风险。如果在健康人身上应用脑机接口技术，非侵入式技术也许是更好的选择。

改善瘫痪者的生命质量

脑机接口的相关技术并非Neuralink公司首创，这类研究已经发展了很多年，也取得了很多进展。可以想象，也许未来的某一天，脑机接口可以被批量应用到病人身上，用于治疗神经系统相关疾病。目前，一些研究者已经开始利用这个技术治疗瘫痪病人，或者改善他们的生活质量。比如，未来的脑机接口技术可以使瘫痪病人通过大脑的意识驱动轮椅或者机械臂，从而让他们的日常起居、出行更加便利。

2020年，浙江大学的研究人员在一位72岁的高位截瘫病人体内植入了侵入式脑机接口设备。利用这个技术，病人可以通过意识控制机械臂实现抓取食物、握手等一系列上肢动作。随着脑机接口技术的进一步发展，瘫痪病人不仅能通过意念控制机械臂，而且还可以同时具有触觉，即可以感知到机械臂握住了某一个物体。最近，美国匹兹堡大学的研究人員发表在《科学》杂志上的一项研究表明，如果在人脑的躯体感觉皮层中植入电极，就可以让被试者获得机械臂的触觉，从而更好地控制机械臂的动作。利用意念控制机械臂的技术也可以运用到健康人身上。比如，人们可以利用脑机接口控制机器人或者外骨骼，从而完成人类原本不能完成的任务。这项技术在某些特定场合（如外太空）会有很大的应用价值。

除了让瘫痪病人恢复运动能力，我们也许还可以利用脑机接口让失去与外界交流能力的病人恢复和外界的联系。有一种名为闭锁综合征的疾病，患病者虽然仍然具备意识，但是完全失去了运动能力，因此无法通过语言或者书面形式与外界交流。部分闭锁综合征患者的眼球还可以转动，所以可以利用一种跟踪眼球的方法，让他们通过转动眼球盯住屏幕上的某个字母，从而选择相应字母实现与外界交流（速度约为每分钟47.5个字母）。然而，这种交流方式不仅速度较慢，而且也不能运用到那些无法进行眼球运动的患者身上。因此，利用脑机接口技术直接从脑中读取信息，对严重的闭锁综合征患者来说是不可替代的解决方案。

今年，《自然》杂志发表了一项美国斯坦福大学研究团队的科研成果。该研究团队在瘫痪患者脑内植入侵入式脑机接口设备，然后让患者想象他们在手写某个字母。通过使用机器学习技术，研究人员可以利用从人脑中提取的信号“破译”出患者通过想象书写的字母，准确率可达94%以上。通过这种方法，患者通过意念可以实现每分钟90个字母的打字速度，远超过上面提到的眼球跟踪技术所能达到的水平，而且不需要患者有转动眼球的能力。显然，如果这一技术最后能够进入实用阶段，闭锁综合征患者的生存状况将会有很大改善。

在脑之间传递信息

随着脑机接口技术的发展，未来能否通过脑机接口在两个人脑之间直接传递信息呢？其实，这方面的研究目前也获得了初步成果。

哈佛大学在2014年进行的一项研究是利用非侵入式设备在健康人的大脑之间进行信息传递。在这项实验中，有一个人是“信号发送者”，他盯着显示器屏幕，想象用手（或者脚）水平移动屏幕上的一个小球并使它击中屏幕上的一个目标。这种想象的运动会在人脑控制相应肢体运动的区域中产生脑电波信号，并且可以被记录为“1”。如果“信号发送者”在意念中没有移动小球，那么就没有相应的脑电波信号，计算机就把它记录为“0”。这种方法被称为“基于运动想象的脑机接口系统”。当然，实际操作比这里描述的更加复杂。比如，收集的脑电波信号必须进行各种处理，同时“信号发送者”还得进行训练，才能达到比较高的成功率。

实验中，“信号发送者”通过想象移动或者不移动小球，产生了一连串包含“1”和“0”的信号。这串信号通过电子邮件被发送到另一个地点，而在那里有一位“信号接收者”。他的头上固定着一个经颅磁刺激装置。如果收到信号“1”，该装置就会对“信号接收者”的视觉皮层进行一个电磁刺激，从而使之感受到一个光点幻觉。如果收到信号“0”，那么就在脑的另一处进行刺激，因此“信号接收者”感受不到光点。通过这样的方式，把信息用二进制编码然后将一串只含有“0”和“1”的字符串通过脑机接口进行传递，是可以实现把来自“信号发送者”的信息直接传递到“信号接受者”的大脑里的。比如，在2014年3月28日的实验中，实验人员成功地在两位受试者之间传递了140比特的信息。同年4月7日的另一次实验还成功地在两个人之间传递了“halo”和“ciao”两个单词。总体而言，这个体系可以实现接近90%的准确率，远远高于随机猜测“0”或者“1”带来的准确率。这说明在脑与脑之间利用非侵入式的脑机接口传递信息是可行的。

脑机接口的应用与隐患

目前，脑机接口技术虽然还处于初步发展阶段，但是可以预料，在不久的将来，这项技术会逐步成熟并会步入应用阶段。其最初步的应用会出现在医疗领域，可以对瘫痪、失语、失明的病人进行康复治疗。然而，随着技术的发展，脑机接口技术可能被运用到健康人身上，从而提高健康人的能力。比如，在未来使用脑和脑的直接信息交流来帮助人们实现更高效率的决策；或者通过直接往脑内下载信息从而提高学习效率。这些今天看似匪夷所思的幻想，也许在不远的未来会成为现实。

所以，毫无疑问，脑机接口有巨大的潜力，可能给我们的生活带来无法估量的正面影响。然而，和许多新兴技术一样，脑机接口技术也具有两面性，它同样可能带来不可忽视的消极后果。比如，如果你可以“读出”一个人脑内的信息，那么这个人是否还有隐私可言呢？同样，如果我可以往你的脑内“写入”信息（就像上面提到的脑之间的信息传递），那么你的决定还是你个人的决定吗？是不是我在一定程度上已经代替你做出了决定，即你实际上是被我“遥控”的？这些问题都是值得深入探讨的，因为它们将界定脑机接口这项技术的伦理界限，规定它可以做什么和不可以做什么。

畅想脑机接口的未来

让我们想象一个脑机接口技术已经可以实用化的社会，看看脑机接口技术究竟可能给我们的生活带来什么影响吧！

在2051年，人类已经发明了实用的脑机接口技术用来治疗阿尔茨海默病。王大爷已经患阿尔茨海默病5年了，最近几年他的病情出现了恶化，经常记不住身边人的名字，出门也老是忘记回家的路。他的儿女不由得为父亲担心，好在为阿尔茨海默病患者设计的治疗仪已经上市。这个治疗仪其实就是一种非侵入脑机接口。从外形上看治疗仪像一个帽子，把它戴在病人头上，就可以自动向病人的大脑发出信号，从而纠正病人的行为。比如，王大爷忘记他儿子的名字的时候，治疗仪就会“告诉”王大爷，他的儿子叫王小冰，王大爷就瞬间记起儿子的名字了。当王大爷迷路时，治疗仪可以利用GPS信号确定王大爷的位置，找到他该回家的方法，并且将相应信号传递到王大爷脑中。王大爷就马上“想起来”原来他在离家3千米的地方，可以乘坐251路公共汽车坐三站即可到达家门口。从王大爷的角度看，这一切都是他自己想出来的，而治疗仪对他而言只是一顶帽子，与他想什么毫无关系。

不过，治疗仪还可以继续升级。比如，王小冰觉得父亲的生活过于单调，决定往治疗仪里上传一个下象棋的程序。这样，王大爷就可以在治疗仪的控制下与邻居老徐头下象棋。在王大爷心中，象棋的每一步走法都是他自己想出来的。又过了几天，王小冰觉得王大爷可以发挥余热，比如辅导自己的儿子（也就是王大爷的孙子）学习小学语文。于是，他又向治疗仪里上传了一个“《唐诗三百首》程序”。于是，在治疗仪的控制下，王大爷成为了唐诗专家，可以辅导孙子学习唐诗了。当然，在王大爷心中，每一首唐詩都是他自己原本就知道的，和头上这顶帽子没有任何关系。随着不断上传新的程序，治疗仪也拥有了越来越多的功能，王大爷也能不断“解锁”新技能，与几年前的那个健忘老大爷判若两人。然而，王大爷还是王大爷吗？

当然，王大爷只是一个幻想故事中的角色，故事里提到的技术，即使可能实现，估计也得几十年之后。但是，我们确实需要正视脑机接口技术可能带来的深刻影响，而这并非纯粹的幻想。脑机接口技术，特别是涉及向脑内输入信息的技术，必然会在一定程度上侵入人类的“自我”之中。那么，我们愿意把多少 “自我”让渡给技术，而又愿意保留多少给自己呢？让脑机接口技术接管部分你的思考过程有可能治疗疾病，甚至提高你的能力。然而，随着这个接管程度的不断增加，你的“自我”也必将逐渐被芯片接管。那么，这里是否应该存在一条界线呢？如果有，应该划在哪里呢？这些问题都值得我们每一个人深入思考。