斯蒂芬·霍金癱坐在輪椅上，臉上掛著他那著名的神秘微笑。在我第一次讀他的《時(shí)間簡(jiǎn)史》時(shí)，他還有三根手指能夠活動(dòng)；但是當(dāng)幾年后我再買到精裝本《果殼中的宇宙》時(shí)，他只能靠一只手指，將腦中奔流不休的思緒緩緩敲在一塊小鍵盤上。而幾乎可以確定，在未來(lái)的某一天，這位把在人跡罕至的理論物理學(xué)界的成就和通常僅為影星和搖滾歌星保留的盛名集于一身的老人，只能將他深邃的思考永遠(yuǎn)禁錮在一具癱軟無(wú)力的肉體當(dāng)中。
除非，我們能從這顆天才的頭顱中，將無(wú)形的思考，轉(zhuǎn)換成一個(gè)更加清晰的世界，讓潛水鐘般沉重身體里的思緒，能夠像蝴蝶一樣輕盈地自由飛翔。
幸運(yùn)的是，隨著腦機(jī)接口的發(fā)展，這并非絕不可能。
進(jìn)化
更高、更快、更強(qiáng)。這不僅是奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)的口號(hào)，也是人類文明進(jìn)步的方式。機(jī)械工具延伸了人的手，交通工具延伸了人的腳，互聯(lián)網(wǎng)和通訊產(chǎn)品延伸了人的耳和嘴甚至大腦。但軟弱的肉體和大腦對(duì)神經(jīng)和肌肉的依賴，數(shù)千年來(lái)總讓人們無(wú)計(jì)可施。
直到1924年，人類的面前出現(xiàn)了一道曙光，得以一窺大腦的奧秘。這一年七月的一個(gè)傍晚，德國(guó)醫(yī)生漢斯·貝格爾（Hans Berger）第一次從顱骨受損的病人頭部測(cè)到了極為微弱的電流。在經(jīng)過(guò)近五年的漫長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)后，他終于確認(rèn)了這種神秘的電流的確來(lái)自于腦部活動(dòng)，并且給自己發(fā)明的這種測(cè)量方法命名為腦電圖（EEG，electroencephalogram）。他從一千多張腦電記錄中發(fā)現(xiàn)了腦電的部分規(guī)律，并且將人們清醒并閉眼時(shí)的腦電波定義為阿爾法（α），而將睜開(kāi)眼睛時(shí)的腦電波定義為貝塔（β）。
隨后的幾十年，人們又找到了其他一些頻率的腦電波，并且把它們和大腦的狀態(tài)對(duì)應(yīng)起來(lái)：熟睡時(shí)的德?tīng)査?#948;）、困倦、冥想或被催眠時(shí)的西塔（θ）、進(jìn)行復(fù)雜的思想活動(dòng)或者情緒波動(dòng)時(shí)的伽瑪（γ）、以及只能在掌管運(yùn)動(dòng)的區(qū)域探知的繆（μ）。腦電圖開(kāi)始逐漸成為腦部診斷的必備工具，意識(shí)的生理基礎(chǔ)不再是一個(gè)需要爭(zhēng)論的哲學(xué)命題。
然而貝格爾醫(yī)生沒(méi)有等到EEG大放異彩的那天。在他逝世的時(shí)候，電子計(jì)算機(jī)還沒(méi)有被發(fā)明出來(lái)。當(dāng)電腦和人腦聯(lián)合時(shí)將會(huì)必然發(fā)生的巨變，怕是連貝格爾醫(yī)生自己，也從來(lái)未曾想到。
20世紀(jì)70年代，在美國(guó)國(guó)防部的國(guó)防先進(jìn)技術(shù)研究署（DARPA，Defense Advanced Research Projects Agency，就是這個(gè)部門發(fā)明了互聯(lián)網(wǎng)）資助下，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校（UCLA， University of California Los Angeles）開(kāi)始嘗試?yán)肊EG，將人類思考的結(jié)果不借助肌肉和神經(jīng)組織，而直接通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)輸出——讓思考可以直接被看到，讓大腦可以直接控制機(jī)械，讓肉體的羈絆消失于無(wú)形。
直到這時(shí)，腦機(jī)接口（BCI，Brain-computer Interface）這個(gè)詞才首次出現(xiàn)在科學(xué)文獻(xiàn)中。伴隨這個(gè)詞出現(xiàn)的，是人們對(duì)于大腦活動(dòng)越來(lái)越深入的理解。1978年，人們發(fā)現(xiàn)猴子可以在訓(xùn)練后，快速學(xué)會(huì)自由地控制初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層中單個(gè)神經(jīng)元的放電頻率；1989年，約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)恒河猴手臂運(yùn)動(dòng)方向和大腦運(yùn)動(dòng)皮層中單個(gè)神經(jīng)元放電模式的關(guān)系；而到了九十年代，一些研究人員已經(jīng)能夠?qū)崟r(shí)捕捉運(yùn)動(dòng)皮層中的復(fù)雜神經(jīng)信號(hào)，并且用來(lái)控制外部設(shè)備。機(jī)械義肢可能變得和原生肢體一樣容易使用，人類在進(jìn)化的漫長(zhǎng)道路上看到了一種全新的可能性：人和機(jī)械，可以作為一個(gè)生命的不同組成部分而共存。
童年的結(jié)束
腦電圖在頭皮外測(cè)量，電極僅僅用于接收信號(hào)。這是它最大的優(yōu)勢(shì)，不會(huì)對(duì)監(jiān)控的大腦造成任何可能的損傷。而它的缺點(diǎn)也同樣明顯：在頭皮外接收到的電信號(hào)不僅微弱，而且多個(gè)腦區(qū)的活動(dòng)信號(hào)會(huì)疊加在一起，最終形成看起來(lái)十分混亂的波形。
幸好這些缺點(diǎn)可以部分克服。微弱的電信號(hào)可以放大，而波形的分離早在十九世紀(jì)就已經(jīng)由法國(guó)數(shù)學(xué)家傅立葉解決?，F(xiàn)在我們只需要解決腦電波和大腦思考行為的對(duì)應(yīng)關(guān)系就行。
但是，這卻是最大的難點(diǎn)。大腦中有超過(guò)140億個(gè)神經(jīng)元和超過(guò)1000億的神經(jīng)元連接，而且由于大腦驚人的適應(yīng)性，對(duì)一個(gè)人來(lái)說(shuō)某種行為對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元活動(dòng)，可能在另一個(gè)人身上就完全換了另一組完全不同的神經(jīng)元。實(shí)在很難找到一個(gè)共通的模式，可以輕松地讓大腦活動(dòng)變成電腦屏幕上跳躍的文字或者圖標(biāo)。研究人員們現(xiàn)在只能通過(guò)探尋一些粗略的模式來(lái)進(jìn)行分析，但是這樣的模式避免不了誤判的可能。
現(xiàn)在，基于EEG的腦機(jī)接口主要集中在兩個(gè)方向：誘發(fā)的信號(hào)和自發(fā)的信號(hào)。當(dāng)某個(gè)異常事件發(fā)生后的300毫秒左右，將會(huì)檢測(cè)出一個(gè)被叫做P300的電波峰值；當(dāng)眼睛受到光或圖像刺激后，視覺(jué)皮層將會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)誘發(fā)電位。這兩類信號(hào)可以通過(guò)誘發(fā)產(chǎn)生，而且判斷準(zhǔn)確率較高，但是缺點(diǎn)是需要外界刺激，并且依賴人體本身的某些知覺(jué)才能工作。而當(dāng)某側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)或者僅僅是想象其運(yùn)動(dòng)時(shí)同側(cè)的腦區(qū)產(chǎn)生的事件相關(guān)同步電位、通過(guò)反饋訓(xùn)練可以自主控制的皮層慢電位和自發(fā)的阿爾法、貝塔等腦電信號(hào)雖然不需要外界刺激，但是需要大量的特殊訓(xùn)練和適應(yīng)過(guò)程。畢竟，世間安得兩全法，魚(yú)與熊掌，永難兼得。
基于EEG腦機(jī)接口進(jìn)展的舉步維艱，讓人們不得不另辟蹊徑。功能性核磁共振（fMRI，functional Magnetic Resonance Imaging）這種經(jīng)常擺在醫(yī)院里的巨大工具，成了科學(xué)家們盯上的下一個(gè)目標(biāo)。功能性核磁共振可以用于查看大腦中不同腦區(qū)的血液流動(dòng)情況——一般來(lái)說(shuō)，思維活躍區(qū)域的血液流量就會(huì)相應(yīng)增加。這樣，通過(guò)監(jiān)測(cè)不同區(qū)域的血液流動(dòng)情況，和之前訓(xùn)練的圖像進(jìn)行對(duì)比，就可以判斷被監(jiān)控者的思維活動(dòng)。2006年，日本國(guó)際電氣通信基礎(chǔ)技術(shù)研究所和本田研究所兩家機(jī)構(gòu)采用這種技術(shù)，開(kāi)發(fā)出可以控制機(jī)械手的腦機(jī)接口，控制的延時(shí)只有幾秒鐘。和腦電相比，功能性核磁共振有更多的優(yōu)勢(shì)，但是fMRI實(shí)在體積太大，現(xiàn)在還不能指望能夠做成一頂頭盔戴在頭上。
而且，更精確的思考，不會(huì)存在于頭皮之外，只能從頭顱內(nèi)部去尋找。
在腦中植入電極的設(shè)想，幾十年前看起來(lái)還像是個(gè)笑話，但是現(xiàn)在人們已經(jīng)開(kāi)始認(rèn)真地考慮其可行性了。通過(guò)一系列動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)始小范圍地嘗試在人腦中植入電極。這樣做的好處顯而易見(jiàn)：減少其他腦區(qū)活動(dòng)產(chǎn)生的電波干擾、精確定位電信號(hào)的出處。
2004年6月，馬薩諸塞州福克斯煲的“賽博動(dòng)力學(xué)”公司（Cyberkinetics）為一位24歲的四肢癱瘓者馬特·內(nèi)格爾（Matt Nagle）腦中植入了一枚芯片。這枚被叫做“腦門”（BrainGate）的芯片只有藥片大小。醫(yī)生為馬特做了一個(gè)開(kāi)顱手術(shù)，把“腦門”放在大腦表面。在經(jīng)過(guò)9個(gè)月的練習(xí)之后，馬特可以僅憑思考來(lái)收發(fā)電子郵件、控制一個(gè)機(jī)械手臂，甚至可以玩電腦游戲。“腦門”有96個(gè)電極，可以探測(cè)1000多個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞的活動(dòng)。將這些神經(jīng)元的活動(dòng)發(fā)送出來(lái)，通過(guò)電腦的分析和處理，讓馬特獲得了更好的生活質(zhì)量。
2008年，匹茲堡大學(xué)的一項(xiàng)研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。他們的一個(gè)研究小組將微電極陣列植入恒河猴大腦的運(yùn)動(dòng)區(qū)，采集多個(gè)神經(jīng)元的放電信號(hào)，并且通過(guò)計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)假肢的控制命令。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的訓(xùn)練之后，猴子學(xué)會(huì)了直接用大腦控制假肢運(yùn)動(dòng)，對(duì)抓取力度和假肢運(yùn)動(dòng)軌跡的控制達(dá)到了很高的準(zhǔn)確度，幾乎把機(jī)械假肢當(dāng)成了自己的另一條手臂。
然而，這種方式有很明顯的風(fēng)險(xiǎn)。即使是最樂(lè)觀的人也會(huì)謹(jǐn)慎地看待這種植入大腦的芯片，將它可能帶來(lái)的利益和生命安全放到天平的兩端時(shí)，孰輕孰重一望可知。大腦，這一標(biāo)志著地球上生物的智慧頂端的物體，并不適合隨便對(duì)其動(dòng)手動(dòng)腳。
畢竟大腦是一個(gè)太過(guò)于復(fù)雜的存在，以至于有人曾經(jīng)寫下一個(gè)關(guān)于大腦的悖論：“如果人類的大腦簡(jiǎn)單得能夠讓人理解，那么人將愚蠢得不能理解自己的大腦。”然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，我們并非沒(méi)有可能打破這一悖論。如果將“了解自己”做為成為成年的標(biāo)志，那么在機(jī)器的幫助下，人類這個(gè)種族自身，也許快要迎來(lái)童年結(jié)束的那一天。
被毀滅的人
現(xiàn)今的世界上已經(jīng)有超過(guò)十萬(wàn)人植入了人工耳蝸。這是一種大小和助聽(tīng)器類似的小型電子設(shè)備，可以將收集到的聲音信號(hào)變成電信號(hào)，直接刺激人的聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)，從而讓失聰?shù)娜藗兡軌蚵?tīng)到聲音。視覺(jué)重建的研究也在進(jìn)行當(dāng)中，它們可能會(huì)在將來(lái)幫助那些眼球受損的病患獲得視覺(jué)。雖然在目前的技術(shù)條件下，電子眼無(wú)論是視力還是顏色都不能和真正的人眼相提并論，但和完全失明相比，這無(wú)疑是一個(gè)比較好的選擇。而在更加負(fù)責(zé)的控制方面，人們走得還不夠遠(yuǎn)。
今年4月，美國(guó)威斯康星州立大學(xué)麥迪遜分校的亞當(dāng)·威爾遜戴著一頂連著電線的紅帽子，只用腦電波控制，在網(wǎng)上寫了幾條短小的微博客。屏幕上的字母陣列來(lái)回閃動(dòng)，看起來(lái)像是幾十年之前的古老游戲。他盯著屏幕，直到屏幕上一個(gè)個(gè)字母跳出來(lái)：“我在用大腦拼寫。”雖然速度很慢，每分鐘只能寫大概十個(gè)字母，但是這已經(jīng)是不錯(cuò)的開(kāi)端。澳大利亞和美國(guó)的幾家公司也已經(jīng)開(kāi)發(fā)出基于EEG的腦機(jī)接口頭盔，往往安裝了十六個(gè)以上的接收電極。使用者在經(jīng)過(guò)短暫的訓(xùn)練后，可以用它來(lái)控制輪椅或者玩一些簡(jiǎn)單的游戲。
即便速度緩慢、功能單一，但是對(duì)于那些因?yàn)橐馔?、?zhàn)爭(zhēng)或者疾病而失去肢體活動(dòng)能力的人，通過(guò)腦機(jī)接口控制的義肢可能是最有希望讓他們和正常人一樣生活的工具。幾乎可以確信，使用腦機(jī)接口的義肢已然為期不遠(yuǎn)，我們即將擁有必將在各種方面都超過(guò)原生肢體的義肢。碳纖維、鈦合金、意識(shí)控制，接下來(lái)每個(gè)人都會(huì)想到諸如《終結(jié)者》、《攻殼機(jī)動(dòng)隊(duì)》、《鋼鐵俠》或者《新世紀(jì)福音戰(zhàn)士》中的場(chǎng)景。當(dāng)這種期望成為現(xiàn)實(shí)，人們又將如何面對(duì)？
在去年的北京奧運(yùn)會(huì)上，南非短跑運(yùn)動(dòng)員“刀鋒戰(zhàn)士” 奧斯卡·皮斯托留斯（Oscar Pistorius）沒(méi)能通過(guò)400米比賽的預(yù)選。起初奧委會(huì)認(rèn)為他的假肢對(duì)其他正常運(yùn)動(dòng)員來(lái)有著特殊的優(yōu)勢(shì)而禁止他參加預(yù)選，這一新聞登上了各大媒體的頭版頭條。奧斯卡的假肢沒(méi)有任何控制功能，僅是在性能上超過(guò)人類天生的肢體，就已經(jīng)引起如此軒然大波，那么當(dāng)更快更強(qiáng)、更容易控制的人工肢體可以隨意安裝和組合時(shí)，必然將會(huì)將爭(zhēng)論的方向引導(dǎo)到那個(gè)古老的哲學(xué)命題上：人是什么？怎樣定義“人”？
然而，哲學(xué)和倫理上的爭(zhēng)論最多只能暫緩科學(xué)的腳步，但卻永遠(yuǎn)無(wú)法阻止人類的好奇心和文明發(fā)展的進(jìn)程。
紀(jì)元的終結(jié)
“他小心翼翼地把黑色毛線吸汗帶系在額頭上，以免弄亂了平坦的仙臺(tái)皮膚帶。他盯著膝上的控制板，但并沒(méi)有真正看它……
……
他正在什么地方的一間刷成白色的閣樓里大笑，遠(yuǎn)方的手指撫摸著控制板，寬慰的眼淚從臉上流了下來(lái)。”
威廉·吉布森的《神經(jīng)浪游者》，一直被認(rèn)為是賽博朋克的開(kāi)山之作。這本書不僅是歷史上唯一一本獲得星云、雨果、以及菲利普·狄克三項(xiàng)世界科幻界最高獎(jiǎng)的科幻作品，而且看起來(lái)相當(dāng)精確地描述了我們的發(fā)展趨勢(shì)。今天的科技必然將會(huì)過(guò)時(shí)，遲早會(huì)有那么一天，我們不再需要天生的身體，而只需要一個(gè)健全的大腦。
在《神經(jīng)浪游者》發(fā)表前幾年，美國(guó)發(fā)明家雷蒙德·科茲威爾（Raymond Kurzweil）提出了一種名為“技術(shù)奇點(diǎn)”（ Technological singularity）的理論，并且成功地讓著名硬科幻作家弗諾·文奇（Vernor Vinge）成為了這一理論最熱情的傳道士?？破澩栒J(rèn)為，在人類歷史上，技術(shù)發(fā)展的速度并不是均勻的，而是以一種越來(lái)越快的方式在加速發(fā)展。他找了一些在各自領(lǐng)域中做出重大突破的人和組織，請(qǐng)他們列出認(rèn)為人類歷史上最重要的技術(shù)突破和發(fā)明，然后把這些事件發(fā)生的時(shí)間標(biāo)在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系上，然后吃驚地發(fā)現(xiàn)自己的直覺(jué)符合事實(shí)，人類的技術(shù)發(fā)展正在加速向著某個(gè)爆發(fā)點(diǎn)沖去。借用物理學(xué)上的概念，他將這個(gè)技術(shù)發(fā)展到近乎無(wú)限的點(diǎn)稱為“技術(shù)奇點(diǎn)”。之所以采用這個(gè)名字，是因?yàn)楹陀钪娴钠瘘c(diǎn)一樣，它不能用現(xiàn)在的規(guī)則來(lái)預(yù)測(cè)其結(jié)果。它將是另一種大爆發(fā)的起點(diǎn)。
雖然主流學(xué)界對(duì)技術(shù)奇點(diǎn)理論抱持著觀望的態(tài)度，但是誰(shuí)都不得不承認(rèn)，科技發(fā)展正在裹挾我們轟然而去，未知的前方以越來(lái)越快的速度向我們撲面撞來(lái)，沒(méi)有人能夠閃躲。將人類的優(yōu)勢(shì)和電子設(shè)備的長(zhǎng)處結(jié)合起來(lái)，已經(jīng)是我們習(xí)以為常的生活。為了應(yīng)對(duì)正在變得越來(lái)越快、越來(lái)越復(fù)雜的世界，人類有必要借助全新的外界幫助，正如三百萬(wàn)年前的原始人需要借助石頭和火的幫助一樣。
也許，腦機(jī)接口將會(huì)是我們現(xiàn)在身處的這個(gè)信息時(shí)代的星星之火，將會(huì)終結(jié)人類作為一個(gè)自然進(jìn)化物種的漫長(zhǎng)紀(jì)元。
發(fā)于《科幻世界》
Update：其他與腦機(jī)接口的文章請(qǐng)見(jiàn)anpopo的《永不消逝的電波》和圓兒的《人腦遙控器》以及小紅豬小分隊(duì)的《生化機(jī)械人上市開(kāi)賣嘍》
Update : 猶他大學(xué)開(kāi)發(fā)出一種覆蓋大腦表面的微型電極，植入手術(shù)時(shí)的照片被評(píng)選為《大眾科學(xué)》雜志 “年度最驚人科學(xué)照片”之一。
Update：波士頓大學(xué)主導(dǎo)的一項(xiàng)研究成功地讓一位閉鎖綜合征（locked-in syndrome）患者重新恢復(fù)了發(fā)音能力。他們?cè)诓∪舜竽X的中央前回植入電極，將截獲的腦電信號(hào)通過(guò)無(wú)線方式傳遞出來(lái)，然后再用計(jì)算機(jī)翻譯成人類語(yǔ)言。發(fā)音啊！無(wú)線??！
Update：今年布魯斯威利斯的電影《Surrogates》講的也是關(guān)于這個(gè)……開(kāi)頭就提到了用機(jī)械手的猴子……
