思维可否阅读

( 加拿大研究员正在测试大脑“走神”现象 )

一块微芯片

不久前在旧金山举行的2007年游戏开发者大会上，澳大利亚Emotiv公司利用大脑的秘密让玩家初尝哈利·波特的法力。一套无线耳机内的电极能读出你的脑电波，游戏中角色的表情、物体的移动都将听命于你无所不能的意念，用得越久越心有灵犀。技术词典甚至为此多了个新词——“遥动”（telekinetic）。

2002年5月，纽约州立大学医学中心的桑吉夫·塔尔瓦等科学家曾用一只小鼠震惊了新闻界。每按一下遥控器，小鼠就按指定方向行进，对爬树和从亮处跑过等有违本性的指示也言听计从，甚至可以无视食物和异性。这只小鼠的大脑植入了三根头发粗细的电极，向右转的指令会轻轻刺激它感知左侧胡须的神经元，使它像左侧遇到墙壁一样转向右，转向正确和直行都通过快感神经加以奖赏。

这个半生物半电子的创造为接通电脑和生物脑提供了可能。今天，在南加州大学洛杉矶分校的神经工程中心，65名神经科学家、数学家、电脑工程师和生物工程学家开发了一块微芯片。工程师维杰伊·斯里尼瓦森用连接芯片的一根长长的探针戳一下半个指甲大的一块小鼠大脑切片，向这一小块大脑发出电信号，从显示器上可以看到，芯片正与脑细胞窃窃私语。

麻省理工学院的人工智能专家罗德尼·布鲁克斯在《技术评论》杂志上预测:到2020年，植入体将使我们完成“用思维触发Google搜索”。资助机器鼠研究的国防部先进研究计划局设想:可以通过大脑芯片控制半机械人士兵，他们也可以如此控制武器系统。该局脑—机研究计划前负责人阿兰·鲁道夫说:“给健康人植入电极并不是马上就要实现的事，但20年前不是也没人想过我们会用激光治疗人的眼睛吗？”

技术每推进一步，思维被监视和控制的超现实后果都会像电信号一样刺激我们的大脑皮层。《经济学家》杂志警告说:神经技术可能处在“颠覆人类自然本性”的边缘。

听话的公牛

( 新加坡科学家研究利用脑电波操纵电脑 )

实际上，机器鼠实验还不如43年前的实验震撼。1964年，耶鲁大学的神经科学家何塞·德尔加多站在西班牙一个斗牛场内，一头公牛朝他猛冲而来。当他按下手中一台无线电发射器的一个按钮，公牛在离他几米远的地方戛然而止。按下另一个按钮，公牛顺从地调头向右，绝尘而去，屡试不爽。这头牛的大脑被植入了一组称为“刺激接收器”的电极。《纽约时报》在头版评论此事为“有史以来通过外力控制脑部，改变动物行为的最神奇表演”。

早在1920年，瑞士生理学家黑斯就发现:在猫脑不同部位植入金属丝，给予电刺激，可以激发愤怒、饥饿或疲倦等反应。当时最前卫的精神病疗法是前额叶切除术，葡萄牙精神科医生莫尼兹将它扩大到人身上，摘得1949年诺贝尔奖。

德尔加多对此不敢苟同，在猫、猴子、黑猩猩甚至精神病人身上，硬币大小的刺激接收器显示了“令人害怕的潜能”。20年间，德尔加多在罗得岛一家精神病院为25位受试者植入电极，多数是精神分裂和癫痫患者。刺激病人的运动皮质，他可以像提线木偶一样操纵病人四肢的运动，病人承认:“医生啊，你的电力比我的意志力还强。”

刺激控制情绪的边缘系统，德尔加多还能使人产生欣快、性唤起、昏昏欲睡、多语、恐惧和愤怒等情绪。一位21岁的女性患者正平静地弹吉他，刺激信号一传到颞叶，她就勃然大怒，将吉他向墙上砸去。引发或抑制攻击性的研究只能在动物身上进行。德尔加多将刺激接收器植入一只喜欢欺负弱小的公猕猴脑中，只要拉下笼子里的一个控制杆，就能刺激它大脑中控制自主运动的尾核，让它老实下来。笼里的一只雌猴很快发现了这个秘密，一举翻身解放。身为西班牙人的德尔加多写道:“小老百姓利用遥控来反制独裁者的古老梦想，终于得到实现，至少在我们豢养的猴群里如此。”

( 2006年4月，在美国圣安东尼奥举行的脑力大赛 )

然而，五角大楼的部分资助使自称和平主义者的德尔加多染上了一层神秘色彩。好莱坞电影《谍网迷魂》（又名《洗脑密令》）中，被别国洗脑的士兵差点当选副总统，该片1962年版本用的是心理学方法控制杀手，2004年重拍版就改用大脑芯片。德尔加多辩解:脑刺激可能“促进或抑制攻击行为”，却不能“引导出朝向特定目标的攻击行为”。

德尔加多1969年出版的《头脑的物理控制:走向心理驯化的社会》一书备受争议，书中称神经科学正迈向“征服心理”的境界，可以创造“一个不那么残酷、更快乐且更好的人”。他想象女病人完全可以用“漂亮的帽子或假发来遮住头上的电子装置”。物理学家莫里森评论道:“这种做法蕴含的意义有些令人不安。”

( 美国Neurosky公司研发的脑波侦测器将游戏玩家的心理状态和游戏结合，增加游戏的难度  )

1970年，曾与德尔加多短暂合作的哈佛医学院研究员欧文与马克出版了《暴力与脑》一书，建议对在城市制造暴乱的黑人用脑刺激或手术来消除暴力倾向，舆论哗然。欧文的学生麦克·克莱顿在他的畅销小说《终极人》中想象的一场出了问题的仿生学实验，灵感也来自他们与德尔加多的研究。

1972年，精神科医生布瑞根在国会作证，称德尔加多等人为“科技极权主义的头号拥护者”，想制造一个“任何脱离常轨的人都会遭到手术摧残的社会”。有人开始指控德尔加多偷偷地在他们脑中植入了刺激接收器，一位他从未见过的妇女要求他和耶鲁大学赔偿100万美元。1974年，德尔加多不得不避居马德里。

( 任天堂NSD游戏针对45岁以上人群 )

此后，德尔加多将重点放在非侵入式方法，用头盔将电磁脉冲发送到特定的神经区，成功改善了某些帕金森氏症患者的肢体震颤症状。然而争议还是如影随形，80年代中期的一篇文章，以及BBC和CNN的纪录片中，他的研究都与美苏情报机构的思维控制秘密计划，以至臭名昭著的外星人研究、特异功能研究纠缠不清。

现在，89岁的德尔加多住在美国圣地亚哥。他相信大脑激励的潜力“还没有充分开发出来”，但他承认自己拒绝的病人比治疗的更多。植入电极的疗效完全因人而异，就算同一病人也无从预期，有的病人找不到可辨识的神经缺失。德尔加多指出:对准确的精神控制来说，现有技术非常粗糙，主要障碍是“我们对信息编码的现有知识还非常肤浅”。“神经科技的进展可能永远都到不了许多人担心或期望的境地。”他说。

投机策略

早晨，刚上班的研究员带着一块奶酪进入瑞士洛桑理工学院亨利·马卡兰教授的实验室。“闻”到奶酪的香味，一堆芯片组成的装置马上从“昏睡”中活跃起来。这个装置为了模拟幼鼠的一小部分大脑，用1万个芯片每个模拟一个神经元细胞。几年来，研究人员从数以千计的小鼠大脑活体切片中寻找每个神经元发出和传导的信号，包括闻到奶酪或受到惊吓时的反应。在没有刺激的情况下，这一小块模拟脑也会有自发的反应。

“脑细胞不过是直径20微米的盐溶液袋，还是漏的。”南加州大学小鼠脑细胞—芯片交流研究的负责人、56岁的特德·伯杰教授总爱这样开玩笑。从80年代开始，他就致力于把问题简化成神经元如何响应刺激的方程式，现在他们的记忆芯片工作模型可以代替100个神经元传递信号。他的野心是“用一片药或者一次手术解决大脑方面的所有问题”。

听起来很荒谬，不过伯杰的投机之处在于:“我不需要把太多精力放在信号传输的本质上，就像修理CD机并不需要修理工懂音乐一样。”对大脑如何处理和分类信息的了解并不比别人多，也正是伯杰小组备受责难的地方。“他们问我如何修理一个完全不理解的东西。”伯杰说。

1999年，伯杰的母亲在事故中损伤了海马体神经，能笑和唱歌，但不能说话，他的研究不再是一个冷冰冰的问题。今年他们将在一只被药物暂时阻止了记忆的活体小鼠上试验更复杂的芯片，今后4年还将用于猴子，15年内可望用于人类，真正接替受损的记忆细胞。国家科学基金会和国立卫生研究院每年给伯杰300万美元经费，参加资助的军方也野心勃勃:士兵植入一个芯片就能有红外夜视能力，或者能迅速掌握复杂的作战程序，会对战争有什么影响？

当然，伯杰还只有一座不完整的桥梁。华盛顿大学的沃尔特·谢里科说:“改变记忆途径有可能悄悄改变我们的交流方式，以及形成我们个性的思考方式。他们认为这个工作就是简单地往大脑里上传东西，放进一个存有高等数学内容的SD卡，然后考试去吧，这种想法是相当错误的。”也许芯片会使人回忆出从未发生过的事，或者增加新记忆就要抹去旧记忆。“我们确实可能把完好的记忆搞得一团糟。”伯杰的手下约翰·格兰纳奇说。这样看来，马卡兰教授2008年用啮齿动物试验，2011年后模拟猫脑和猴脑，2015年制成人脑模型的“蓝脑”计划恐怕也有一叶障目之忧。

终极问题

要真正了解大脑，准确的意识读取是无法回避的挑战。大脑中飞速传递的电化学脉冲化为认知、记忆、情感和决定的句法规则堪比大脑的软件，机器鼠研究小组的约翰·蔡平将这个“神经代码”问题与宇宙起源和生命起源两大科学之谜相提并论。

人脑与电脑的根本区别在于:大脑有1000亿个细胞，几乎和银河中的星星一样多，每个细胞都通过突触和多达10万个细胞连接，信号的传递不断受到荷尔蒙和神经传递素的调节，还会根据新的经历不断形成和解散，减弱或增强。假设每个突触每秒能处理一个脉冲，大脑的计算能力相当于每秒至少完成1千兆（兆即万亿）次操作，几乎是最好的超级计算机的1000倍。

现有的芯片模拟的神经元最多不到1.2万个，只能复制1分钟的脑细胞活动。美国加州大学神经科学家V.S.拉马钱德兰说:“这就像是研究身体100年后，还在问‘你知道睾丸是产生尿液还是精液的’一样。我们的概念还非常原始。”

探究“神经代码”也不同于解开遗传密码那样精致却普遍适用的谜语。在德尔加多的时代，人们相信大脑只有神经元放电频率一套简单的编码，神经元各司其职，控制大脑只需向正确的大脑细胞群传递正确的电信号而已。事实并不那么简单，脑细胞可以承担不同的任务，从面部表情改为控制手指伸展，或从看红色变成听尖叫。“我们的神经回路大量地、不断地、连续地变化，不只是在童年，而是在整个生命中。”加州大学的迈克尔·梅策尼希说。杜克大学的米格尔·尼科莱利斯则人为:“用代码这个词可能都不合适。”

频率编码就像一种语言只用音量大小来传递信息，大脑脉冲之间的波动其实还隐藏着时间编码。加州大学伯克利分校的沃尔特·弗里曼甚至提出了无序编码，他认为:脉冲最终只是个跑腿的，认知的最关键部分也许是大脑内不断起伏的突触电流产生的电磁场，隐藏着对细微影响特别敏感的复杂次序。“你拿起电话，听到一个声音，还没理解意思，就能知道对方情绪怎样。”弗里曼举例说。

大脑还会对新的情况产生出全新的编码方案。匹兹堡大学的安德鲁·施瓦茨等人证明:利用植入猴子运动皮层的电极探测到的信号，可以控制一个机器臂，如果猴子的手臂被捆住，它只用思维也能控制机器臂，但用的却是完全不同的一套神经信号。

多变未必是坏消息。目前最成功的人工器官——人工耳蜗就得益于大脑能够设法适应陌生信号，得到最多信息的能力。特德·伯杰还是那个想法:“我们可能不需要非常准确的记忆细胞模型，只需接近就行，大脑的其他部分会适应它。”

伯杰承认，要识别哪个脉冲是你对祖母的记忆，需要编撰一部词典，能将特定的神经模式译成特定的记忆、感知和思维。“我不知道这是否可能。”伯杰说，“但用现在知道的一切当然不行。”

“21世纪之内别指望，甚至22世纪也是。”亚利桑那大学的布鲁斯·麦克诺顿更悲观。他发现:一旦小鼠学会了走出一个迷宫，以后每次走过时，它的神经元都以同样模式放电，睡觉时还不时出现，大概又梦见了迷宫。这种模式至少部分代表了小鼠对迷宫的记忆。但同样的迷宫在不同的小鼠脑中产生着不同的放电模式，即使对同一只鼠，如果迷宫搬到另一个房间，模式也随之改变。

麦克诺顿怀疑:科学也许最多只能通过多年监视一个人所有的神经元输出，记录他所有行为和对思维的自我描述，建立起他个人的词典，还要根据他经历的发展不断修订。30多年前，德尔加多也曾暗示:根据神经输出，也许可以确定我们正在想什么，但可以想象的技术没有哪种可以精确到能识别感知所唤起的所有记忆、情感和意义，因为它们出自“每个人的经验史”。

原来，使我们不容易被控制的正是每个人的独特性。即使根据类似人类的神经编码方法，成功开发出有真正智能的机器，“我们也没法读到它的思维。”弗里曼说，“我们，甚至我们的机器后代都将无法超越主宰，这正是我庆幸之处。”

从测脑术到仿脑术

去年神经科学最大的成就当属布朗大学开发的BrainGate，它使瘫痪者只靠思维就能控制机械假肢和电视机，计划2009年推向市场。最成功的植入装置是始于80年代中期，已有超过5万人使用的人工耳蜗，它的每个电极传递一种电信号，与听觉神经的不同音调对应，至少能恢复基本的听觉。通过刺激脑部及迷走神经，治疗抑郁、强迫症、帕金森氏症和癫痫也在试验当中。人工视网膜，也就是模仿眼睛处理信息，用植入眼内的微电极刺激视神经的感光芯片，也已经能使患者看到10×10像素的简单光点。

利用功能核磁共振造像和软件，伦敦大学的约翰·迪伦·海恩斯博士能预测一个人决定对两个数字要做加法还是减法，准确率达到70%。日本的脑控计算机依靠约200个电极，捕捉到“动右手”的脑电波时，就使光标从右向左移动，操纵者一想到“右脚”，光标就向上。斯蒂芬·霍金现在打字靠的是用眨眼确定在眼镜上依次出现的字母，如果能用脑电波控制光标，将会方便得多。

不过，现在要检测到霍金脑中分别代表26个不同字母的脑电波，就像在喊声震天的体育场外偷听场内一个人谈话。通过头骨植入电极还有感染和损伤大脑的风险，接触不良的电极往往占到一半。

今天的芯片能在1平方厘米的硅片上集成100万个晶体管和10米导线，但脑皮层每立方厘米有1亿个突触和3000米轴突，到2010年芯片密度仍将是大脑组织的1/10。人类DNA约10亿字节的信息量里并没有安排神经元的走向和它们的联络，这是通过神经元之间以及身体和外部的交互作用自我发展而成的。宾夕法尼亚大学正在借鉴神经发展学，使微芯片能用类似脑神经生长的方法完善自己，避开重建大脑望而生畏的工作量——由1016个神经突触连接的1012个神经元。 芯片阅读大脑芯片思维大脑思维