腦機(jī)接口，當(dāng)意念觸碰現(xiàn)實(shí)

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(guò)在猴子的腦中植入一定數(shù)量的電極，使猴子可以通過(guò)“意念”來(lái)控制光標(biāo)在電腦屏幕上玩乒乓球游戲。Neuralink公司在猴子腦中植入的設(shè)備可以在大腦和外部機(jī)器之間建立直接的聯(lián)系，這種設(shè)備被稱(chēng)為腦機(jī)接口。

Neuralink公司使用的技術(shù)需要將設(shè)備（電極或者芯片）植入動(dòng)物的腦中，因此被稱(chēng)為侵入式腦機(jī)接口技術(shù)。與之相對(duì)的則是利用腦電波等在顱外“讀出”腦中信息（或者往腦內(nèi)“寫(xiě)入”信息）的技術(shù)，被稱(chēng)為非侵入式腦機(jī)接口技術(shù)。從操作的便利性、安全性出發(fā)，顯然非侵入式技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)。但是，侵入式技術(shù)“讀出”的信號(hào)有更高的信噪比和分辨率，而在“寫(xiě)入”信息時(shí)也更加精確。具體哪一類(lèi)技術(shù)更具有應(yīng)用潛力目前還未完全明確?？梢韵胂?，對(duì)于已經(jīng)患有嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病人而言，或許侵入式的技術(shù)作為一種治療手段更為有效，同時(shí)，有嚴(yán)重疾病的患者也更能容忍植入設(shè)備所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。如果在健康人身上應(yīng)用腦機(jī)接口技術(shù)，非侵入式技術(shù)也許是更好的選擇。

改善癱瘓者的生命質(zhì)量

腦機(jī)接口的相關(guān)技術(shù)并非Neuralink公司首創(chuàng)，這類(lèi)研究已經(jīng)發(fā)展了很多年，也取得了很多進(jìn)展。可以想象，也許未來(lái)的某一天，腦機(jī)接口可以被批量應(yīng)用到病人身上，用于治療神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病。目前，一些研究者已經(jīng)開(kāi)始利用這個(gè)技術(shù)治療癱瘓病人，或者改善他們的生活質(zhì)量。比如，未來(lái)的腦機(jī)接口技術(shù)可以使癱瘓病人通過(guò)大腦的意識(shí)驅(qū)動(dòng)輪椅或者機(jī)械臂，從而讓他們的日常起居、出行更加便利。

2020年，浙江大學(xué)的研究人員在一位72歲的高位截癱病人體內(nèi)植入了侵入式腦機(jī)接口設(shè)備。利用這個(gè)技術(shù)，病人可以通過(guò)意識(shí)控制機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)抓取食物、握手等一系列上肢動(dòng)作。隨著腦機(jī)接口技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，癱瘓病人不僅能通過(guò)意念控制機(jī)械臂，而且還可以同時(shí)具有觸覺(jué)，即可以感知到機(jī)械臂握住了某一個(gè)物體。最近，美國(guó)匹茲堡大學(xué)的研究人員發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究表明，如果在人腦的軀體感覺(jué)皮層中植入電極，就可以讓被試者獲得機(jī)械臂的觸覺(jué)，從而更好地控制機(jī)械臂的動(dòng)作。利用意念控制機(jī)械臂的技術(shù)也可以運(yùn)用到健康人身上。比如，人們可以利用腦機(jī)接口控制機(jī)器人或者外骨骼，從而完成人類(lèi)原本不能完成的任務(wù)。這項(xiàng)技術(shù)在某些特定場(chǎng)合（如外太空）會(huì)有很大的應(yīng)用價(jià)值。

除了讓癱瘓病人恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力，我們也許還可以利用腦機(jī)接口讓失去與外界交流能力的病人恢復(fù)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(shí)，但是完全失去了運(yùn)動(dòng)能力，因此無(wú)法通過(guò)語(yǔ)言或者書(shū)面形式與外界交流。部分閉鎖綜合征患者的眼球還可以轉(zhuǎn)動(dòng)，所以可以利用一種跟蹤眼球的方法，讓他們通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)眼球盯住屏幕上的某個(gè)字母，從而選擇相應(yīng)字母實(shí)現(xiàn)與外界交流（速度約為每分鐘47.5個(gè)字母）。然而，這種交流方式不僅速度較慢，而且也不能運(yùn)用到那些無(wú)法進(jìn)行眼球運(yùn)動(dòng)的患者身上。因此，利用腦機(jī)接口技術(shù)直接從腦中讀取信息，對(duì)嚴(yán)重的閉鎖綜合征患者來(lái)說(shuō)是不可替代的解決方案。

今年，《自然》雜志發(fā)表了一項(xiàng)美國(guó)斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的科研成果。該研究團(tuán)隊(duì)在癱瘓患者腦內(nèi)植入侵入式腦機(jī)接口設(shè)備，然后讓患者想象他們?cè)谑謱?xiě)某個(gè)字母。通過(guò)使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，研究人員可以利用從人腦中提取的信號(hào)“破譯”出患者通過(guò)想象書(shū)寫(xiě)的字母，準(zhǔn)確率可達(dá)94%以上。通過(guò)這種方法，患者通過(guò)意念可以實(shí)現(xiàn)每分鐘90個(gè)字母的打字速度，遠(yuǎn)超過(guò)上面提到的眼球跟蹤技術(shù)所能達(dá)到的水平，而且不需要患者有轉(zhuǎn)動(dòng)眼球的能力。顯然，如果這一技術(shù)最后能夠進(jìn)入實(shí)用階段，閉鎖綜合征患者的生存狀況將會(huì)有很大改善。

在腦之間傳遞信息

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

哈佛大學(xué)在2014年進(jìn)行的一項(xiàng)研究是利用非侵入式設(shè)備在健康人的大腦之間進(jìn)行信息傳遞。在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，有一個(gè)人是“信號(hào)發(fā)送者”，他盯著顯示器屏幕，想象用手（或者腳）水平移動(dòng)屏幕上的一個(gè)小球并使它擊中屏幕上的一個(gè)目標(biāo)。這種想象的運(yùn)動(dòng)會(huì)在人腦控制相應(yīng)肢體運(yùn)動(dòng)的區(qū)域中產(chǎn)生腦電波信號(hào)，并且可以被記錄為“1”。如果“信號(hào)發(fā)送者”在意念中沒(méi)有移動(dòng)小球，那么就沒(méi)有相應(yīng)的腦電波信號(hào)，計(jì)算機(jī)就把它記錄為“0”。這種方法被稱(chēng)為“基于運(yùn)動(dòng)想象的腦機(jī)接口系統(tǒng)”。當(dāng)然，實(shí)際操作比這里描述的更加復(fù)雜。比如，收集的腦電波信號(hào)必須進(jìn)行各種處理，同時(shí)“信號(hào)發(fā)送者”還得進(jìn)行訓(xùn)練，才能達(dá)到比較高的成功率。

實(shí)驗(yàn)中，“信號(hào)發(fā)送者”通過(guò)想象移動(dòng)或者不移動(dòng)小球，產(chǎn)生了一連串包含“1”和“0”的信號(hào)。這串信號(hào)通過(guò)電子郵件被發(fā)送到另一個(gè)地點(diǎn)，而在那里有一位“信號(hào)接收者”。他的頭上固定著一個(gè)經(jīng)顱磁刺激裝置。如果收到信號(hào)“1”，該裝置就會(huì)對(duì)“信號(hào)接收者”的視覺(jué)皮層進(jìn)行一個(gè)電磁刺激，從而使之感受到一個(gè)光點(diǎn)幻覺(jué)。如果收到信號(hào)“0”，那么就在腦的另一處進(jìn)行刺激，因此“信號(hào)接收者”感受不到光點(diǎn)。通過(guò)這樣的方式，把信息用二進(jìn)制編碼然后將一串只含有“0”和“1”的字符串通過(guò)腦機(jī)接口進(jìn)行傳遞，是可以實(shí)現(xiàn)把來(lái)自“信號(hào)發(fā)送者”的信息直接傳遞到“信號(hào)接受者”的大腦里的。比如，在2014年3月28日的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)還成功地在兩個(gè)人之間傳遞了“halo”和“ciao”兩個(gè)單詞?？傮w而言，這個(gè)體系可以實(shí)現(xiàn)接近90%的準(zhǔn)確率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于隨機(jī)猜測(cè)“0”或者“1”帶來(lái)的準(zhǔn)確率。這說(shuō)明在腦與腦之間利用非侵入式的腦機(jī)接口傳遞信息是可行的。

腦機(jī)接口的應(yīng)用與隱患

目前，腦機(jī)接口技術(shù)雖然還處于初步發(fā)展階段，但是可以預(yù)料，在不久的將來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)會(huì)逐步成熟并會(huì)步入應(yīng)用階段。其最初步的應(yīng)用會(huì)出現(xiàn)在醫(yī)療領(lǐng)域，可以對(duì)癱瘓、失語(yǔ)、失明的病人進(jìn)行康復(fù)治療。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，腦機(jī)接口技術(shù)可能被運(yùn)用到健康人身上，從而提高健康人的能力。比如，在未來(lái)使用腦和腦的直接信息交流來(lái)幫助人們實(shí)現(xiàn)更高效率的決策；或者通過(guò)直接往腦內(nèi)下載信息從而提高學(xué)習(xí)效率。這些今天看似匪夷所思的幻想，也許在不遠(yuǎn)的未來(lái)會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

所以，毫無(wú)疑問(wèn)，腦機(jī)接口有巨大的潛力，可能給我們的生活帶來(lái)無(wú)法估量的正面影響。然而，和許多新興技術(shù)一樣，腦機(jī)接口技術(shù)也具有兩面性，它同樣可能帶來(lái)不可忽視的消極后果。比如，如果你可以“讀出”一個(gè)人腦內(nèi)的信息，那么這個(gè)人是否還有隱私可言呢？同樣，如果我可以往你的腦內(nèi)“寫(xiě)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(gè)人的決定嗎？是不是我在一定程度上已經(jīng)代替你做出了決定，即你實(shí)際上是被我“遙控”的？這些問(wèn)題都是值得深入探討的，因?yàn)樗鼈儗⒔缍X機(jī)接口這項(xiàng)技術(shù)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(jī)接口的未來(lái)

讓我們想象一個(gè)腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)用化的社會(huì)，看看腦機(jī)接口技術(shù)究竟可能給我們的生活帶來(lái)什么影響吧！

在2051年，人類(lèi)已經(jīng)發(fā)明了實(shí)用的腦機(jī)接口技術(shù)用來(lái)治療阿爾茨海默病。王大爺已經(jīng)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(jīng)常記不住身邊人的名字，出門(mén)也老是忘記回家的路。他的兒女不由得為父親擔(dān)心，好在為阿爾茨海默病患者設(shè)計(jì)的治療儀已經(jīng)上市。這個(gè)治療儀其實(shí)就是一種非侵入腦機(jī)接口。從外形上看治療儀像一個(gè)帽子，把它戴在病人頭上，就可以自動(dòng)向病人的大腦發(fā)出信號(hào)，從而糾正病人的行為。比如，王大爺忘記他兒子的名字的時(shí)候，治療儀就會(huì)“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(dāng)王大爺迷路時(shí)，治療儀可以利用GPS信號(hào)確定王大爺?shù)奈恢?，找到他該回家的方法，并且將相?yīng)信號(hào)傳遞到王大爺腦中。王大爺就馬上“想起來(lái)”原來(lái)他在離家3千米的地方，可以乘坐251路公共汽車(chē)坐三站即可到達(dá)家門(mén)口。從王大爺?shù)慕嵌瓤?，這一切都是他自己想出來(lái)的，而治療儀對(duì)他而言只是一頂帽子，與他想什么毫無(wú)關(guān)系。

不過(guò)，治療儀還可以繼續(xù)升級(jí)。比如，王小冰覺(jué)得父親的生活過(guò)于單調(diào)，決定往治療儀里上傳一個(gè)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(lái)的。又過(guò)了幾天，王小冰覺(jué)得王大爺可以發(fā)揮余熱，比如輔導(dǎo)自己的兒子（也就是王大爺?shù)膶O子）學(xué)習(xí)小學(xué)語(yǔ)文。于是，他又向治療儀里上傳了一個(gè)“《唐詩(shī)三百首》程序”。于是，在治療儀的控制下，王大爺成為了唐詩(shī)專(zhuān)家，可以輔導(dǎo)孫子學(xué)習(xí)唐詩(shī)了。當(dāng)然，在王大爺心中，每一首唐詩(shī)都是他自己原本就知道的，和頭上這頂帽子沒(méi)有任何關(guān)系。隨著不斷上傳新的程序，治療儀也擁有了越來(lái)越多的功能，王大爺也能不斷“解鎖”新技能，與幾年前的那個(gè)健忘老大爺判若兩人。然而，王大爺還是王大爺嗎？

當(dāng)然，王大爺只是一個(gè)幻想故事中的角色，故事里提到的技術(shù)，即使可能實(shí)現(xiàn)，估計(jì)也得幾十年之后。但是，我們確實(shí)需要正視腦機(jī)接口技術(shù)可能帶來(lái)的深刻影響，而這并非純粹的幻想。腦機(jī)接口技術(shù)，特別是涉及向腦內(nèi)輸入信息的技術(shù)，必然會(huì)在一定程度上侵入人類(lèi)的“自我”之中。那么，我們?cè)敢獍讯嗌?“自我”讓渡給技術(shù)，而又愿意保留多少給自己呢？讓腦機(jī)接口技術(shù)接管部分你的思考過(guò)程有可能治療疾病，甚至提高你的能力。然而，隨著這個(gè)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(yīng)該存在一條界線(xiàn)呢？如果有，應(yīng)該劃在哪里呢？這些問(wèn)題都值得我們每一個(gè)人深入思考。