科幻成真:通過(guò)腦機(jī)接口黑掉你的大腦
來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)資源 2009-09-02 12:48:06
誕生于上世紀(jì)80年代的“賽博朋客”(cyberpunk)科幻小說(shuō)中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)所謂的“神經(jīng)植入裝置”——一種把人腦和電腦直接相連的東西。就像在那部由威廉·吉布森(WilliamGibson)的小說(shuō)改編的、讓人看過(guò)就忘的電影《捍衛(wèi)機(jī)密》(JohnnyMnemonic)中,主演基努·里維斯(KeanuReeves)所宣稱(chēng)的那樣:“我往腦子里存了幾百M(fèi)B的文件”。
在那個(gè)區(qū)區(qū)1MB存儲(chǔ)量都會(huì)讓人艷羨不已的年代,這種剛剛浮出水面的科幻流派的高明之處就在于,他們描述的這些技術(shù)并非遙不可及,天才生物醫(yī)學(xué)工程師們稍加努力便能做到。雖然當(dāng)時(shí)美國(guó)麻省理工學(xué)院和加州理工學(xué)院還未能開(kāi)發(fā)出此類(lèi)植入裝置,但杰出的科幻小說(shuō)作家們還是帶給了讀者希望:這種技術(shù)終有一天能實(shí)現(xiàn),甚至在我們的有生之年就可能見(jiàn)到。
在過(guò)去十年間,科幻作品中描述的那些技術(shù),陸續(xù)成為了現(xiàn)實(shí)。在顱骨內(nèi)植入電極后,患者就可以?xún)H靠大腦神經(jīng)信號(hào)來(lái)控制假肢。這為一項(xiàng)新的科學(xué)研究拉開(kāi)了序幕,而這項(xiàng)研究的最終目的是,繞開(kāi)由于肌萎性脊髓側(cè)索硬化癥(漸凍癥)或中風(fēng)癱瘓的肢體,讓大腦的指令得到有效執(zhí)行。上述例子中,神經(jīng)電信號(hào)是從大腦向外界傳遞的。同樣,科學(xué)家也在研究電信號(hào)如何反方向傳遞,即通過(guò)電信號(hào)刺激猴子的大腦皮層,形成反饋,能讓猴子真實(shí)地感覺(jué)機(jī)器手臂在觸摸的東西。
不過(guò),在制造大腦和神經(jīng)系統(tǒng)其他部分的替代品方面,我們又能走多遠(yuǎn)呢?除了控制電腦指針或機(jī)械手外,這項(xiàng)技術(shù)能否通過(guò)某種方式,讓大腦中大約1,000億個(gè)神經(jīng)元成為一個(gè)“秘密數(shù)據(jù)庫(kù)”,就像吉布森小說(shuō)中的情節(jié)那樣,用來(lái)存放偷來(lái)的工業(yè)機(jī)密或其他數(shù)據(jù)表格呢?
人會(huì)變成機(jī)器嗎?
了解神經(jīng)系統(tǒng)工作機(jī)制,實(shí)現(xiàn)大腦與機(jī)器的交互,這是一個(gè)必然的發(fā)展進(jìn)程嗎?
今天的好萊塢編劇和未來(lái)學(xué)家,作為最初賽博朋客傳統(tǒng)的拙劣繼承者,已經(jīng)開(kāi)始積極涉足神經(jīng)技術(shù)。計(jì)劃明年上映的影片《奇點(diǎn)迫近》(SingularityIsNear),就是一部根據(jù)計(jì)算機(jī)科學(xué)家雷·科茲威爾(RayKurzweil)的想法改編而成的紀(jì)錄片?破澩柤僭O(shè),把大腦中的內(nèi)容全部數(shù)字化,并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或機(jī)器人中。
無(wú)論是上世紀(jì)80年代英美電視節(jié)目中的著名虛擬人物超級(jí)麥克斯(MaxHeadroom),還是把人的思維全盤(pán)拷貝到一個(gè)最新款的人形機(jī)器人上,這些關(guān)于人類(lèi)智慧發(fā)展超越身體極限的夢(mèng)想,其實(shí)和勒內(nèi)·笛卡爾(RenéDescartes)在17世紀(jì)關(guān)于精神與肉體二元論的深邃思考相去不遠(yuǎn)。然而,要把人類(lèi)的思維,包括我們對(duì)旭日東升的感受、飄忽不定的思緒,以及其他構(gòu)成我們意識(shí)世界的獨(dú)特主觀感受,全都原封不動(dòng)地復(fù)制到機(jī)器里去,似乎仍停留在科幻小說(shuō)家的紙上談兵階段。
對(duì)腦控假肢熱火朝天的宣傳,掩蓋了我們對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)工作機(jī)制的認(rèn)識(shí)匱乏。加州理工學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家理查德·A·安德森(RichardA.Andersen)說(shuō):“我們對(duì)于高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)的大腦回路幾乎一無(wú)所知。”只有了解神經(jīng)系統(tǒng)工作機(jī)制,我們才能把信息輸入大腦,從而把“賽博朋客”中描述的種種神奇真正變成現(xiàn)實(shí)。
那么,大腦和機(jī)器的交互到底可以實(shí)現(xiàn)些什么?從第一例腦電圖實(shí)驗(yàn),到現(xiàn)在用思維控制機(jī)器手和電腦屏幕上的光標(biāo),這一進(jìn)程即使達(dá)不到科茲威爾式的“奇點(diǎn)”,也至少可以往腦子里輸一些高級(jí)認(rèn)知信息,這是否一個(gè)必然的發(fā)展進(jìn)程?我們真的能把一部《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》輸入大腦,或者像《黑客帝國(guó)》里那樣把直升機(jī)駕駛手冊(cè)“下載”到大腦中嗎?能不能在當(dāng)事人毫無(wú)察覺(jué)的情況下,把“SeeSpotrun”(美國(guó)一部喜劇電影的名字,本意是看見(jiàn)一只叫“Spot”的小狗在跑——譯者注)這句話(huà)存儲(chǔ)到他的記憶中??jī)H僅存入“see”這一個(gè)詞是不是更容易實(shí)現(xiàn)呢?
這些不完全是學(xué)術(shù)問(wèn)題,風(fēng)趣的人可能會(huì)調(diào)侃,還不如去買(mǎi)一副老花鏡,用傳統(tǒng)的閱讀方法來(lái)記憶這些信息會(huì)更容易些。即使那條通向大腦皮層的通道可能永遠(yuǎn)只存在于科幻小說(shuō)中,理解光子、聲波、氣味分子和皮膚壓力轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀兇竽X中永久記憶的過(guò)程,意義也遠(yuǎn)勝于“賽博朋客”式的娛樂(lè)。認(rèn)識(shí)了這些基本原理,我們就可以研制出人造神經(jīng)器官,幫助那些中風(fēng)患者或者阿爾茨海默。ˋlzheimer’sdisease)患者形成新的記憶。
簡(jiǎn)單的接通大腦的裝置其實(shí)已經(jīng)存在于成千上萬(wàn)人的顱骨內(nèi)。耳聾患者和聽(tīng)力重度受損的患者會(huì)植入人工耳蝸(cochlea),把麥克風(fēng)采集到的聲音轉(zhuǎn)化為刺激聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的信號(hào),從而產(chǎn)生人工聽(tīng)覺(jué)。這種裝置被美國(guó)加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校的神經(jīng)科學(xué)家邁克爾·S·加扎尼加(MichaelS.Gazzaniga)譽(yù)為人類(lèi)歷史上第一個(gè)成功的神經(jīng)修復(fù)裝置。用作人工視網(wǎng)膜的電極陣列也已經(jīng)出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中。如果這項(xiàng)技術(shù)可行,它將會(huì)讓人類(lèi)具備夜視能力。
有些人更是雄心勃勃,計(jì)劃把亞馬遜網(wǎng)站和大腦中負(fù)責(zé)記憶形成的神經(jīng)結(jié)構(gòu)——海馬直接相連,但所需要的技術(shù)目前還沒(méi)有出現(xiàn)。具體的實(shí)施辦法至少涉及兩個(gè)方面:一是要在神經(jīng)元和顱外世界之間建立一條可靠的連接,二是要有一種編譯方法,能夠把數(shù)字版本的《戰(zhàn)爭(zhēng)與和平》轉(zhuǎn)換成神經(jīng)元之間的“語(yǔ)言”。如何才能實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)?或許我們能從最先進(jìn)的腦機(jī)接口(brain-machineinterface)研究中找到一些線(xiàn)索。
把文字輸入大腦
建立文字與神經(jīng)元的映射,就可以通過(guò)控制特定區(qū)域神經(jīng)元的激活來(lái)誘發(fā)相應(yīng)的記憶。
把文字輸入大腦需要考慮一個(gè)問(wèn)題,那就是是否需要把電極插入到人體組織中,這可能會(huì)是神經(jīng)植入裝置實(shí)用化的一大障礙,當(dāng)然殘疾人除外。在近一個(gè)世紀(jì)之前,人們就知道大腦的電活動(dòng)可以在不打開(kāi)頭顱的條件下監(jiān)測(cè)到。一個(gè)看似鑲嵌著電極的“泳帽”(腦電極帽),便能從癱瘓病人頭部提取信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)在屏幕上打字或者瀏覽網(wǎng)頁(yè)的功能。德國(guó)蒂賓根大學(xué)的尼爾斯·拜爾博默(NielsBirbaumer)是這項(xiàng)技術(shù)的主要研究者之一,他聲稱(chēng),采用顱骨外的磁信號(hào)對(duì)大腦皮層進(jìn)行反復(fù)刺激,同時(shí)用電極帽記錄哪些神經(jīng)元被激活,就可以找到“see”和“run”這些詞在大腦皮層上的位置。一旦這種映射建立起來(lái),就可以通過(guò)控制特定區(qū)域神經(jīng)元的電發(fā)放來(lái)誘發(fā)相應(yīng)的記憶——至少理論上如此。
一些神經(jīng)技術(shù)專(zhuān)家認(rèn)為,如果特定的單詞存在于大腦的特定位置(這一點(diǎn)仍有爭(zhēng)議),那么要找到這些區(qū)域,就必須依靠比腦電極帽更加精細(xì)的記錄手段。一項(xiàng)正在進(jìn)行的有創(chuàng)式植入實(shí)驗(yàn)可能會(huì)實(shí)現(xiàn)這樣精細(xì)的定位。神經(jīng)信號(hào)公司的菲利普·R·肯尼迪(PhilipR.Kennedy)和他的同事們,設(shè)計(jì)了一種可以記錄神經(jīng)元輸出活動(dòng)的裝置。這種連接裝置讓中風(fēng)患者僅通過(guò)思維活動(dòng),就可以把信號(hào)發(fā)送給電腦,由電腦翻譯為元音字母,再由語(yǔ)音合成器發(fā)出相應(yīng)聲音,這是將來(lái)讀出思維中完整單詞的重要一步。這樣的腦機(jī)接口技術(shù)最終或許也可以用來(lái)激活單個(gè)神經(jīng)元。
更加精細(xì)的連接可以通過(guò)納米纖維來(lái)實(shí)現(xiàn),這些纖維直徑還不到100納米,憑借著微小尺寸和電學(xué)與機(jī)械特性方面的優(yōu)勢(shì),可以很容易地接入單個(gè)神經(jīng)元。美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)的李軍(JunLi)和他的同事們研制出了一個(gè)刷狀結(jié)構(gòu)的裝置,里面的納米管刷毛就是刺激神經(jīng)元或者接收神經(jīng)信號(hào)的電極。李軍預(yù)測(cè)這種刺激神經(jīng)細(xì)胞的方法,可以用來(lái)治療帕金森病或抑郁癥,或者控制假肢,甚至可以在長(zhǎng)時(shí)間的太空飛行中用于刺激相應(yīng)的神經(jīng)來(lái)伸縮宇航員的肌肉,以阻止失重環(huán)境中發(fā)生的不可避免的肌肉萎縮。
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