脑机接口实现“数字永生”，你敢尝试吗

2022-02-16数字经济先锋号

飞碟探索 2022年4期

文｜数字经济先锋号

人类的科技再发达，也得面对一个避不开的话题：如何延续生命。

世界首富埃隆·马斯克做了一些超前的事情——他声称已将自己的大脑上传到云端，并与自己的虚拟版本进行了交谈。此消息一出，立马引起了全世界的关注。这是否意味着大脑上传后，人类就能像科幻电影里描述的一样，有机会在虚拟世界实现永生？又或者，人们能通过脑机接口把自己的“记忆”“意识”直接导出，用U盘、存储卡来储存自己的“灵魂”，实现人的“意识永生”？

此前马斯克就表示，实现永生最好的方法，就是将人格意识“下载”在人形机器上，实现现实世界之外的另一种“重生”。在现实世界，任何生命都有尽头，意识终将随肉身消亡。而在此之前，通过上传并存储“意识”，进而在数字世界“重生”，就有希望实现“数字永生”。

然而，考虑到马斯克一贯的风格，其说辞往往带有修饰的成分。因此，马斯克所谓的大脑上传云端，很大可能是将他自己大脑的一些参数信息或脑神经活动，通过脑机接口传输到了云端进行存储。由此可见，所谓的大脑上传云端，远未达到真的将自己的大脑进行备份的技术水平，更遑论实现“数字永生”。

01 人类解码大脑梦想照进现实

“缸中之脑”是美国当代著名哲学家希拉里·普特南于1981年在其著作《理性、真理与历史》中提出的一个假想。他假设，一个人的大脑被疯狂的科学家获取，放置于营养液中，科学家将这个大脑的神经末梢与计算机连接，通过输入代码信息，使其产生“一切正常”的幻觉。这不由得让人想问：我们如何保证自己不是身在“缸中之脑”的困境中？

倘若我们将以上假设翻译为脑机接口、虚拟宇宙，你是否会对人们假设的数字永生心中一惊？事实上，在人类技术尚未达到这样的水平时，这种困境已在无数科幻作品中出现。

比如经典科幻电影《黑客帝国》，人就是躺在营养液里，靠数字化的意识生存。再比如英国科幻剧集《黑镜》，则展示了数字永生技术在可控范围内服务人类的可能——剧中某集讲述了一对恩爱的夫妻，妻子因为车祸变成植物人，丈夫无法忍受这一痛苦，于是寻求了一项正在试验的新技术的帮助。该技术就是把一个人的意识提取出来，再移植到另一个人的大脑里。这对植物人或濒死之人来说，如同生命再造。当妻子能够再次拥抱丈夫和孩子，有一种“科技改变生活”的梦幻感。

那么，我们的科技水平距离实现这样神奇的未来，到底还要多久？这些问题看起来不切实际、脑洞大开，实则不然。10年前科幻小说和电影里的场景，如今已通过科学技术照进现实。比如科学家已经证实，脑机接口技术可以重建人们的运动能力，大脑损伤的患者可以靠意念驱动机器设备，实现简单的交流。

02 脑机接口的难题——信号采集与解析

何为脑机接口？脑机接口指在人或动物的大脑与外部设备之间创建一种直接连接，以实现大脑与外部设备的信息交换。

早在20世纪30年代，自德国精神病学家汉斯·伯格发现脑电图后，科学家就开始思考这些脑电波代表的意义。此后，人们做了多方面的尝试。比如，在脑电图的监测下，让受试者想象字母拼写成句，甚至直接想象句子，然后让计算机解码，使患者直接通过“意念”与外界交流。

通常来说，脑机接口分为侵入式和非侵入式两种形式。而信号的采集和解析是影响脑机接口发展的最大难点之一。

以脑电信号为例，脑电信号是一个电压只有±50微伏的信号，相当于一节5号电池电压的百万分之一。我们要采集脑电信号，就好比在浩瀚的大海面前，在风声、海啸声中听清50千米以外的一只蚊子扇动翅膀的声音。无论是侵入式还是非侵入式的脑机接口，要检测并解析这种信号，都是非常有挑战的。当前，脑电信号解析的最新进展，已经可以通过功能性核磁共振和深度学习算法，解析出大脑中想到的大概的图像。而在目前的实际应用领域，医疗算是走在脑机接口应用前列的一个行业。

2017年3月，一位名叫约翰逊的男子在一次卡丁车事故中头颈骨折，肩膀以下几乎完全瘫痪。约翰逊的康复团队将他介绍给美国加州理工学院的研究人员，参加一项脑机接口的临床试验。

约翰逊于2018年11月接受脑机接口植入手术。试验中需要先进行神经外科手术，将两个网格电极植入约翰逊的大脑皮层，记录他大脑中神经元的放电活动，然后使用算法来解码他的想法和意识，接着再利用解码的结果来操作计算机启动应用程序或移动假肢。当这一手术结束后，约翰逊第一次使用假肢在电脑屏幕上移动了光标，不禁感慨这感觉就像《黑客帝国》，只要连上电脑，自己就能通过意念实现操作。此后，经过数年间的数百次强化训练，如今约翰逊通过脑机接口，已经能够控制机械臂使用图像处理软件、玩射击类的电子游戏，甚至还能驾驶模拟汽车在虚拟环境中行驶，并能随意改变车速、行驶方向以及应对危险路况。

其实，在全球范围内，约翰逊只是在大脑中长期植入脑机接口电极的约35位受试者中的一员。目前，世界上有十几个实验室在做这方面的研究，而且这样的实验室数量还在增加。过去5年中，参与试验的人员借助这些设备，可以完成的技能已经得到大幅度扩展。仅2021年，科学家就公布了3项此类试验的显著成果——一位患者使用机械臂直接向大脑发送了触觉反馈；另一位患者通过笔迹想象，实现了以破纪录的速度进行交流；同时，研究者还为中风失语患者开发出了一种假体发声设备。

尽管从1924年汉斯·伯格发现脑电信号到现在，人类对大脑的认知仍然处在初期阶段，但一些大公司、研究者和各类用户市场，都对脑机接口技术抱有十分浓厚的兴趣，脑机接口技术因此在最近的5～10年中出现了爆发和突破。虽然，将脑机接口技术推向市场并不容易，比如要确保设备在非实验室环境中稳定工作、要使设备能够明显改善用户的日常生活、要让技术的价格控制在市场可接受水平，等等，虽然实现这一切的时间表并不确定，但人们似乎更倾向于认为，未来除了医疗，人类与脑机接口的结合还有更多可能。

03 人类的未来——记忆移植与半机械人

在2014年的巴西世界杯上，一位身着外骨骼装置的年轻人吸引了全世界的目光。在巴西籍神经生物学家、脑机接口领域的学术奠基人米格尔·尼可莱利斯的帮助下，这位瘫痪的年轻人成功用意识控制自己穿着的外骨骼装置，为本届世界杯开出了第一球。

这一展示在全球超10亿观众眼前的事例让人不禁想象，或许在我们因年龄、意外等原因而无法行走时，如果外骨骼技术能够提供有利帮助，那么让人与机器结合，也许会成为一种我们都欣然接受的必然。

但如果更进一步，到“意识上传”“记忆移植”的程度呢？来看两个这一领域的著名实验。

一个是在2009年，美国南加州大学的西奥多·伯格教授做的老鼠“记忆移植”实验：在老鼠A的脑中植入能够进行神经记录和刺激的芯片，然后将它放入一个左右两边都有食物的笼子中，通过左边电击惩罚的方式，训练它学会只去笼子的右边吃食物。之后将这枚芯片取出，植入老鼠B 的大脑。结果发现，老鼠B 第一次进入笼子就知道直接去右边吃食物，而从不去左边。这意味着，记忆可能真的可以移植。

在经典的神经生物学实验中，激活一个神经细胞大致有两种方法：物理的和化学的。物理的方法就是电刺激；化学的方法就是施加神经递质类的小分子或细胞药物。在荧光蛋白问世之后的十几年里，神经学家一直梦想能够以精确的时空精度控制神经元活动。光遗传学就提供了这样一个全新的方法——直接用光来准时刻、准位点地刺激细胞。

光遗传学技术发现于2005年，是一种整合了光学、软件控制、基因操作技术、电生理等多学科的生物工程技术。具体指将外源（非体内自然产生的）光敏蛋白基因导入神经细胞中，让神经细胞在细胞膜结构上表达出光敏蛋白。然后，再用特定波长的光去照射这些细胞，就能控制光敏感蛋白的激活和关闭，从而激活或抑制神经元，达到“控制神经细胞”的目的。这包括所有类型的神经细胞，比如大脑的嗅觉、视觉、触觉、听觉细胞等。一位来自美国哥伦比亚大学的神经科学家这样形容：“想象大脑中的每个神经元就像钢琴上的一个键，你可以准确地选择任何一个神经元并开启它。”

相比传统手段，光遗传学技术有着无可比拟的优点：只需向细胞内转入一个蛋白，操作性强；以光作为刺激媒介，时效性高；非侵入式手段，创伤小；既能局部刺激细胞，也能大范围刺激脑区；在特定细胞环路表达光敏通道，再使用双光子显微镜活体观察动物的神经系统活动。光遗传学技术是最近十几年最大的科学突破之一，如今已被广泛应用于标记实验动物的大脑活动，为科学家了解睡眠、成瘾、感知等过程带来极大突破，人们有望借助它来治愈失明、治疗帕金森综合征和缓解慢性疼痛。

另一个实验发生在2020年，美国得州大学西南医学中心的研究团队进行的珍珠鸟（学名为斑胸草雀）“记忆生成”实验：珍珠鸟的语言能力发展与人类似，都是通过聆听声音来学习音节。在研究中，团队使用光遗传学技术控制珍珠鸟的大脑活动，写入其从未听过、学习过的音节记忆，结果珍珠鸟真的成功学会了研究团队设定的音调。这意味着，记忆也许真的可以通过技术生成。