脑机接口与人类未来—专访《脑机穿越》作者米格尔·尼科莱利斯

　　脑机接口与人类未来—专访《脑机穿越》作者米格尔·尼科莱利斯

　　文/本刊记者 鲁毅

　　当你的脑袋用意念思考着要在手机上输入的语句，手机屏幕上便自动显示出那些句子，这是不是一件很不可思议的事情？实质上，尽管目前“意念控制”的研究大多还停留在实验室阶段，但是通过意念简单控制机器，已经能够实现。

　　无论是“猕猴意识控制机械臂实验”还是“2014年巴西世界杯中28岁的截瘫青年身穿机械战甲为世界杯开出第一球”，这些颇具革命性的科学技术展示都无疑向人们传达了一个信息：大脑控制机器早已不仅仅是实验室的演示和技术幻想，而是真正很可能帮助人类构筑出一个采用新兴交互方式的未来。

　　为了探索用意念掌控生活和人类大脑的奥秘，《陆家嘴》记者专访了美国北卡罗来纳州北部杜克大学神经工程中心“尼科莱利斯实验室”的负责人和首席研究员米格尔·尼科莱利斯。米格尔·尼科莱利斯曾被美国科普杂志《科学美国人》评为全球最具影响力的20位科学家之一，他的脑机接口研究也被《麻省理工科技评论》评为十大最具突破性的科技创新之一。

　　“脑机接口是一种基于脑电信号实现大脑与机器或其他外部设备通信和控制的系统，在康复领域有巨大价值，未来将会成为残障病人们的福音。”尼科莱利斯提出了自己的观点。

　　如何让猕猴通过意念控制机械臂

　　“猕猴用意识控制机械臂实验”是尼科莱利斯实验室最广为人知的实验之一。

　　在向记者解释这个实验的过程中，尼科莱利斯告诉记者，他们找到了记录动物脑电波的方法，并通过提取其中的运动指令，翻译成机器可以理解的数字指令的方法来将大脑与机器联系在了一起。同时，来自于机械促动器的视觉、触觉以及本体感受反馈也会被传输回大脑，形成一个整体的闭环。

　　然而，为了让动物对脑机接口的操作能够保持一致，神经元活动被转化成数字控制信号的速度必须非常快。

　　“对于猴子来说，它们的大脑需要200~300毫秒的时间来产生运动计划并使四肢相应地活动起来。”尼科莱利斯谈道，“我们发现，如果脑机接口的运作时间比200~300毫秒长很多，那么参与试验的动物会很快变得不愿意合作。所以，我们必须要在那段时间窗口中记录下神经元集群的活动，提取出运动控制程序的类型，再将它们变更路径传输到机器上。”

　　同时，对于脑机接口来说，它不但需要让四肢运动，还需要让猕猴得到反馈，时刻将感觉信号传回猕猴的大脑。尼科莱利斯透露，由于触觉反馈存在技术上的困难，因此他们选择向大脑传送视觉反馈信息，即让猕猴通过视觉信息的反馈来直接评估脑机接口的运作效果。

　　经过一番苦心钻研后，尼科莱利斯实验室终于成功地通过将一特殊装置的电极放置到猕猴大脑的运动皮质区和躯体感觉皮质区，完成了人类将电子数据传送到灵长类动物大脑的首次尝试，而这一实验也正是著名的脑机接口研究。

　　脑机接口技术在康复领域潜力非凡

　　脑机接口技术在康复领域具备着非凡的潜力。它能使渐冻人、帕金森病以及脑神经损伤等运动功能有明显障碍的患者恢复生活能力的梦想成为现实。

　　“中风病人不能动是因为他们大脑的信号无法抵达到腿部等身体部位。”尼科莱利斯说道，“我在大约20年前提出的想法是，我们主动读取病人仍然能够发出的信号，发明一个类似机器人背心的设备，然后让这些信号从大脑发出后直接传到机器上，来试图解决这个问题。”

　　尼科莱利斯实验室还曾完成了对帕金森病人初步检验脑机接口的试验，证明了脑机接口技术在临床应用上的可行性。帕金森病是一种退行性疾病。病人富含多巴胺神经递质的神经元会逐渐死去，而多巴胺是一种关键的化学物质。通过利用它，我们的运动系统能够发起并产生自主、流畅的运动。

　　“针对于帕金森病人，我们的整个手术过程包括了在大脑深处植入一个刺激器，用来阻断导致震颤、僵硬、行走困难等帕金森病症状的非正常神经信号。”尼科莱利斯告诉记者，“由于刺激器不能阻止多巴胺能神经元的变形，因此这个办法不能治愈帕金森病，但是，这仍然是目前最有效的治疗方法之一。”

　　另外，尼科莱利斯还认为，未来某一天，对于脊髓受到损伤的病人来说，脑机接口将有机会与别的疗法相结合，让病人身体的行动力得以全面的恢复。脑机接口技术在康复领域必将大有所为。

　　尼科莱利斯向记者说起了一个现象：至少有90%的截肢病人都经历过一种感觉，他们会不可思议地感到失去的身体部分仍然存在，并且和自己的身体连在一起。这就会带给他们一种弥漫的疼痛感，而这种幻觉通常让人痛苦而又异常真实。

　　“我们虽然没有办法解释这种幻肢现象背后的原因，但是人们已经想到了减缓这种疼痛的方法，比如说，镜子疗法。”尼科莱利斯说明道。镜子疗法的做法是让患者坐在一面镜子前，将截肢的部位隐藏在镜子外，使患者在镜子里只能看到自己健全的身体部分，从而激活引发幻觉的脑部调节中心，以达到减轻疼痛感的效果。

　　尼科莱利斯表示，这样的做法主要来源于两条理论依据：第一，成人大脑的身体地图是可塑的。第二，大脑的内部运作是塑造并保持了身体认同感和独特感的原因。

　　“身体意象实际是我们精心装扮的，亦是大脑回路集体电活动的动态副产品。”

　　尼科莱利斯解释，“大脑就如同塑造者一般，赋予了我们有关模拟身体的实例，让我们觉得它真实且具体。同时，它能够通过在过程中对视觉、触觉、体位的操控来诱导我们接受另一个全新的身体，并且以此作为我们意识存在的地方。”

　　有创脑机接口VS无创脑机接口

　　对于脑机接口与人类未来的想象之旅，尼科莱利斯叙述了一系列他心目中有趣的未来场景：人们将不需要打字，只需想象，便能够输入收集信息。当人们来到停车场时，坐到车上，只需用意念，车就能发动并开启。

　　甚至，尼科莱利斯提到，如果再多想象一些，那么可能在一个考虑更周全的未来社会，人们将能够“下载”并保存一生的历史，这些不断的记录会通过生动的思想、爱与痛苦被释放出来，并在一定层面上实现一种数字化的永生。

　　然而现阶段，我们仍离这个未来世界很远，也面临着许多的挑战。尼科莱利斯举例道， “比如，记忆是没有办法下载到一个机器里的。这是因为记忆在大脑的深处，当你把它提取出来的时候，那些神经元和细胞就死了，变得毫无作用。目前，我们能够获取到的是在大脑中流动的电信号，通常这些信号与运动控制、简单感知相关。”

　　另外，尼科莱利斯表示，目前，虽然侵入式记录仍然面临着手术感染、长时间使用的生物兼容性等问题， 但是像这样的有创脑机接口往往能获取到更高的信号质量， 并且对更加丰富的神经活动信号进行解码，用来支持更高的识别速度或者准确率。而相比之下，无创脑机接口离打造出一款实用的产品仍然有一段距离。现在，能够满足脑机接口应用需求的设备通常体积大、成本高、无法大规模普及，有很大的提升空间。

　　在尼科莱利斯的《脑机穿越》一书的最后，他引用了卢比孔河的典故。这个典故源于公元前49年，尤利乌斯·恺撒指挥大军渡过了禁忌的卢比孔河。这个举动也象征着未来的恺撒大帝迈出了征服欧洲、缔造罗马帝国的第一步。

　　那么，照现在来看，脑机接口与人类未来的第一步已经跨出，将来会有多少想象被实现，到了那个时候，我们又会经历怎样的冒险之旅？请让我们拭目以待。