思維的力量

尤爾蓋恩·比索夫

無(wú)需用手，僅憑思維的力量控制輪椅、玩桌游，這已不再是幻想?，F(xiàn)代技術(shù)可以通過(guò)電腦發(fā)射信號(hào)給大腦，從而使手部肌肉運(yùn)動(dòng)。研究者現(xiàn)在已經(jīng)可以通過(guò)讀懂人類(lèi)思維來(lái)控制肢體行動(dòng)，那在不久的將來(lái)呢？

1998年夏，23歲的奧地利大學(xué)生湯姆·施威格和朋友們來(lái)到馬耳他島的海邊玩耍。突然，兇猛的海浪將湯姆掀翻，他頭沖下栽倒在淺灘上?！拔抑宦?tīng)到我的脖子咔嚓一聲?！睖坊貞浀?。

朋友們將湯姆拖到岸邊，立刻叫來(lái)救護(hù)車(chē)，但最終這位來(lái)自?shī)W地利施蒂利亞州、孔武有力的陽(yáng)光小伙子還是在一夜之間變成了頹喪的殘疾者。這次意外使湯姆的部分脊柱斷裂，他什么都做不了，甚至不能邁步、不能拿書(shū)。由于小腦和脖頸間的脊椎遭受了致命的創(chuàng)傷，大腦向身體肌肉組織發(fā)出的神經(jīng)信號(hào)也被阻斷。湯姆幾乎完全癱瘓了，腿和手都無(wú)法動(dòng)彈，只能微微地動(dòng)下肩膀。醫(yī)學(xué)上將他的這種癥狀稱(chēng)為“四肢麻痹（或全麻痹）”。

15年后，湯姆坐在了奧地利南部城市格拉茨理工大學(xué)大腦與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)研究中心的實(shí)驗(yàn)室里。為了局部恢復(fù)人體受損的運(yùn)動(dòng)能力，這里的科研人員已經(jīng)苦苦鉆研了25年。他們正在對(duì)神經(jīng)計(jì)算機(jī)接口和在人腦與計(jì)算機(jī)之間構(gòu)建橋梁的中間系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。

奧地利的這種神經(jīng)計(jì)算機(jī)接口可以“掃描”患者大腦的神經(jīng)信號(hào)，并借助電磁脈沖將其發(fā)送到癱瘓的四肢，或是通過(guò)電腦指令改變大腦發(fā)出的神經(jīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)殘疾者輪椅的操控。這項(xiàng)技術(shù)不需要在病人大腦植入任何電極，只需在頭上固定一個(gè)傳感器，連接測(cè)量腦電圖的儀器，最終通過(guò)皮膚就可以捕捉到大腦脈沖。

湯姆自1999年加入該實(shí)驗(yàn)室?！拔以谶M(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的時(shí)候，收到了實(shí)驗(yàn)室的邀請(qǐng)函?！睖氛f(shuō)，他認(rèn)為如果無(wú)法回到從前的生活，就意味著必須開(kāi)始新的生活。目前，湯姆已經(jīng)順利拿到了地理學(xué)學(xué)位，還結(jié)了婚，成為了兩個(gè)孩子——湯米和朱莉安娜的父親，大孩子現(xiàn)在已經(jīng)四歲半了。湯姆說(shuō)他不抱怨命運(yùn)，也不為自己的遭遇感到憤慨，只是有時(shí)會(huì)感到人類(lèi)很無(wú)知。因?yàn)楫?dāng)他去醫(yī)院復(fù)檢時(shí)，醫(yī)生們總是驚訝不已，他們不敢相信一個(gè)四肢癱瘓的男人居然可以結(jié)婚生子。

湯姆自己無(wú)法控制輪椅，因此每天都由妻子西爾維婭將他推到實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室的氛圍總是像家一樣。這對(duì)夫婦的到來(lái)，每次都會(huì)受到校長(zhǎng)米列爾·布茨的熱情接待，湯姆和他已經(jīng)相識(shí)15年了。兩位科研人員——亞歷克斯·柯瑞格林爾和心理學(xué)家漢娜·希貝爾準(zhǔn)備開(kāi)始對(duì)湯姆進(jìn)行測(cè)試。

柯瑞格林爾給湯姆戴上了帶有傳感器、用導(dǎo)線連接著電腦的彈力緊帽，然后在湯姆手上固定了用來(lái)刺激肌肉運(yùn)動(dòng)的電極，其中一些電極將會(huì)使湯姆松開(kāi)拳頭，另一些則會(huì)控制他的大拇指。

想要讓湯姆攥拳頭，只需要幾根電極就可以立即做到。但怎么確定電極要固定到湯姆手上具體哪個(gè)位置？這就需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，湯姆自己要求在手上畫(huà)上標(biāo)記，他說(shuō)：“這樣可以節(jié)省時(shí)間?！?/p>

為了檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，柯瑞格林爾開(kāi)啟了按鈕，湯姆癱瘓的手指終于開(kāi)始微微顫動(dòng)。湯姆看看大家，露出了笑容。

“太好了！我們繼續(xù)！”柯瑞格林爾一邊興奮地說(shuō)著，一邊將一個(gè)裝滿水的綠色塑料瓶放到桌上。湯姆努力地想要抬腿，大腦不斷向肌肉組織發(fā)出指令，盡管他不可能直接做到，但這個(gè)思維指令可以被計(jì)算機(jī)分解！顯示器上的綠色線條反映出湯姆的大腦發(fā)出了很強(qiáng)指令，計(jì)算機(jī)立即掃描指令，并將其轉(zhuǎn)化為弱電流。電流到達(dá)湯姆體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)激系統(tǒng)，他的腿開(kāi)始有了反應(yīng)。智能電腦程序讀到了湯姆的思維，當(dāng)然它只能讀懂最簡(jiǎn)單的指令，所以湯姆自己也在學(xué)習(xí)“如何思維”才能讓計(jì)算機(jī)更容易地“理解”他的指令。

除了借用思維來(lái)抬、放腿，湯姆還派出了一系列其他指令：張開(kāi)手指、握住瓶子、用大拇指擠壓等，他還可以讓瓶子稍稍離開(kāi)桌面。湯姆笑著說(shuō)自己是世界上第一個(gè)通過(guò)思維移動(dòng)物體的人！

我們不禁想問(wèn)，或許對(duì)于一個(gè)四肢癱瘓這么多年的人來(lái)說(shuō)，回想如何抬腿這類(lèi)動(dòng)作會(huì)有一定難度吧？“完全不是，”湯姆回答道，“我經(jīng)常夢(mèng)到自己是如何走路，甚至是如何跑步的?！钡珜W(xué)會(huì)運(yùn)用這些動(dòng)作卻要難得多，例如，為了讓手指觸碰到物體，需要用思維的力量使手指移動(dòng)位置。

憑借思維的力量就可以使癱瘓的四肢重新運(yùn)動(dòng)，這的確令人感到驚奇，但這究竟該如何解釋?zhuān)俊胺浅：?jiǎn)單，”米列爾·布茨說(shuō)，“關(guān)鍵就在于對(duì)負(fù)責(zé)發(fā)出信號(hào)的大腦區(qū)域的定位，發(fā)出指令的思維在大腦的活動(dòng)區(qū)域越精確，傳感裝置捕捉到的大腦信號(hào)就越準(zhǔn)確。因此光從技術(shù)角度看，湯姆用思維控制腿就比控制手指更容易，因?yàn)槭种感枰季S在發(fā)出指令時(shí)，將大腦區(qū)域劃分得更細(xì)致?！?/p>

不久前用思維控制汽車(chē)還只能在好萊塢大片中實(shí)現(xiàn)，但轉(zhuǎn)眼間幻想就變成了現(xiàn)實(shí)。歐洲、中國(guó)、日本和美國(guó)早對(duì)神經(jīng)控制假體和外骨骼進(jìn)行了測(cè)驗(yàn)，世界各地的許多公司也正在研發(fā)電腦游戲的神經(jīng)計(jì)算機(jī)接口系統(tǒng)。柏林已經(jīng)研發(fā)出用思維控制的汽車(chē)。美國(guó)國(guó)防部也撥款給“腦機(jī)接口”研究項(xiàng)目——無(wú)需語(yǔ)言和肢體動(dòng)作，只借助電磁脈沖就可以交流，人腦與計(jì)算機(jī)之間建立了直接交流與控制的通道，通過(guò)這個(gè)通道，人可以直接將“發(fā)件人”大腦發(fā)出的信息輸送到“收件人”的大腦中。

這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用最廣的當(dāng)然還是在醫(yī)學(xué)上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年大約有50萬(wàn)人脊柱受損，大約35萬(wàn)人患上肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥，同樣的災(zāi)難也曾降臨在英國(guó)天體物理學(xué)家史蒂芬·霍金身上——大腦運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元受損?；加蓄?lèi)似病癥的患者會(huì)肌肉萎縮，喪失言語(yǔ)能力，他們常常最終死于鎖閉綜合征（locked-in syndrome）——患者全癱瘓，但意識(shí)仍處于清醒狀態(tài)。閉鎖綜合征可能是由腦溢血引起的。沒(méi)有準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但根據(jù)英國(guó)閉鎖綜合征協(xié)會(huì)專(zhuān)家的觀點(diǎn)，僅在德國(guó)就有近兩千人可能患有這樣的綜合征。據(jù)英國(guó)學(xué)者評(píng)估，其中超過(guò)40%的患者被診斷為“永久性植物狀態(tài)（Persistent Vegetative State，PVS）”，事實(shí)上等同于閉鎖綜合征。

肌肉的每一次運(yùn)動(dòng)都需要大腦中神經(jīng)細(xì)胞的參與。通過(guò)儀器可以將這些細(xì)胞按照電磁脈沖的固定順序進(jìn)行排列。學(xué)者們通過(guò)分析得到結(jié)論：將肢體動(dòng)作在大腦中重復(fù)，這些控制運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元就會(huì)被“接通”，甚至即便是身體沒(méi)有實(shí)際進(jìn)行這個(gè)動(dòng)作，只是通過(guò)思維重復(fù)。

其中最復(fù)雜的環(huán)節(jié)是將一連串神經(jīng)脈沖集合成統(tǒng)一信號(hào)，再通過(guò)電腦發(fā)出指令。人腦中有數(shù)億個(gè)可以將脈沖從一個(gè)細(xì)胞傳輸?shù)搅硪粋€(gè)細(xì)胞的神經(jīng)元和神經(jīng)鍵。大腦皮層的每個(gè)細(xì)胞都會(huì)和其他數(shù)萬(wàn)細(xì)胞頻繁地進(jìn)行信息互換。

大腦中細(xì)胞間的這種交流甚至在人進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)也不停止。難怪一些神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家將這種大腦信號(hào)流稱(chēng)之為“雞尾酒晚宴”。

正如我們從遠(yuǎn)處聽(tīng)到的說(shuō)話聲總是千篇一律，只有走近時(shí)才能聽(tīng)出差別，而且為了聽(tīng)清是誰(shuí)發(fā)出的聲音，我們還需要仔細(xì)地聽(tīng)，學(xué)者們也得出結(jié)論：要想盡可能準(zhǔn)確地辨別出神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)，需要更靠近發(fā)出信號(hào)的“源頭”。

20世紀(jì)90年代，美國(guó)國(guó)防部對(duì)神經(jīng)計(jì)算機(jī)接口系統(tǒng)產(chǎn)生了興趣，為研究工作撥款。起初他們?cè)趧?dòng)物大腦深層植入微電極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，基于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家開(kāi)始將癱瘓的病人做為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，他們將連接不超過(guò)100臺(tái)傳感裝置的微芯片植入了志愿者大腦中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果令所有人都興奮不已：植入微芯片后，患者成功地做到了用思維控制機(jī)械假肢和安裝了車(chē)載電腦的輪椅。

神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家菲利普·蓋聶基將因交通事故導(dǎo)致四肢癱瘓、喪失語(yǔ)言能力的人的語(yǔ)言功能又重新還給了他們。他在他們的大腦中植入了可以“讀思維”的系統(tǒng)，思維經(jīng)過(guò)加工、整合，最終可以被改造成聲音信號(hào)。美國(guó)北卡羅來(lái)納州的研究者也通過(guò)植入芯片，用思維控制了兩只假手。

不同于美國(guó)研究者，歐洲神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)，將外置傳感裝置固定在頭部，這種方法的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)：不需要對(duì)大腦進(jìn)行芯片植入手術(shù)。但外置傳感裝置在識(shí)別大腦深層組織的脈沖時(shí)無(wú)法做到十分精確，必須用計(jì)算機(jī)對(duì)感應(yīng)到的信號(hào)立即進(jìn)行加工。

為了使思維與計(jì)算機(jī)“磨合”，攜帶外置傳感器的患者每周都需要進(jìn)行“訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)”，但訓(xùn)練內(nèi)容可以不必過(guò)于復(fù)雜：通過(guò)可以清晰獲得的大腦皮層的局部信號(hào)來(lái)調(diào)整輪椅。

湯姆在格拉茨理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)進(jìn)行了兩個(gè)小時(shí)的試驗(yàn)。試驗(yàn)任務(wù)逐步復(fù)雜。湯姆需要用癱瘓的左手做一些動(dòng)作：攥拳頭，并握住木棒，用大拇指和中指捏住細(xì)芯線。這次，在完成了右肩微微抬起和放下的動(dòng)作后，要接著完成彎曲和伸展右手指。對(duì)湯姆來(lái)說(shuō)，接下來(lái)的訓(xùn)練難度會(huì)越來(lái)越大。腦損傷患者想要觸發(fā)控制其手部肌肉的神經(jīng)系統(tǒng)，要重新學(xué)習(xí)動(dòng)作，從最簡(jiǎn)單、最基本的一些動(dòng)作開(kāi)始，諸如走、抓、握，或者吞咽等。然后逐漸加大難度，每一次難度提升對(duì)患者來(lái)說(shuō)都是質(zhì)的飛越，但這是一個(gè)十分痛苦且漫長(zhǎng)的過(guò)程，他們要在精神上足夠積極。顯示器上的綠色電波顯示著湯姆思維的集中程度，它開(kāi)始呈現(xiàn)出震動(dòng)狀?！拔依哿?。”湯姆說(shuō)?！敖裉炀偷竭@吧！”柯瑞格林爾回答道。

事實(shí)證明：在人腦與計(jì)算機(jī)之間通過(guò)非植入性手段建立相互作用不比通過(guò)手術(shù)植入神經(jīng)假體的效用差。在瑞士洛桑，在何西和米拉納的帶領(lǐng)下，他們的研究團(tuán)隊(duì)終于研制出人工智能輪椅。這種輪椅可以逐步“學(xué)習(xí)”如何更好地領(lǐng)會(huì)“主人”下達(dá)的指令，會(huì)變得越來(lái)越“聰明”，甚至還將逐步學(xué)會(huì)自己下達(dá)指令。

德國(guó)漢堡大學(xué)附屬醫(yī)院對(duì)全身癱瘓的病人進(jìn)行了神經(jīng)計(jì)算機(jī)接口系統(tǒng)的測(cè)驗(yàn)，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)對(duì)大腦向視覺(jué)中心發(fā)出的信號(hào)做出反應(yīng)，從而也可以發(fā)出一系列思維指令。在柏林工業(yè)大學(xué)的機(jī)械研究實(shí)驗(yàn)室里，擺放著桌上彈球的游戲設(shè)備，周?chē)撬X(jué)用的桌子和監(jiān)控器。程序員米哈艾利·塔干爾曼正聚精會(huì)神地觀察著面前的監(jiān)控器。米哈艾利頭上戴著由128根導(dǎo)線連接著電腦的彈力緊帽。屏幕被劃分為6個(gè)區(qū)域，分別標(biāo)有對(duì)應(yīng)的字母。屏幕中央有一個(gè)光標(biāo)。米哈艾利努力將思維集中到字母“M”區(qū)域，突然光標(biāo)閃爍起來(lái)，開(kāi)始向“M”區(qū)域移動(dòng)。

“我用思維的力量移動(dòng)左右手手指，”米哈艾利解釋道，“每個(gè)運(yùn)動(dòng)指令都通過(guò)患者頭上的電極帽以固定的電磁脈沖輸送到癱瘓的身體各部分的肌肉。電磁脈沖與電腦各指令相對(duì)應(yīng)：手指向右移動(dòng)，光標(biāo)就右移;手指向左，光標(biāo)就左移。這樣就可以打字了?！?/p>

米哈艾利通過(guò)思維的力量控制著手指，在鍵盤(pán)上一行一行地敲擊著。5分鐘后，他終于打出一句話：“思想是自由的”。

“我們的系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單，”研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人克拉杜·羅博爾特·米列爾說(shuō)，“三分之二身體健康的人在一小時(shí)內(nèi)就能掌握這套程序，平均每分鐘可以輸出8個(gè)字母。身體肌肉受損甚至是全身癱瘓的人也可以在一場(chǎng)電影的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)運(yùn)用這套程序，只是他們打字還沒(méi)有那么快?！?/p>

實(shí)驗(yàn)室里安裝桌上彈球的游戲設(shè)備是供練習(xí)者用來(lái)消遣的。無(wú)需用手，通過(guò)思維就可以將彈球發(fā)出。米哈艾利經(jīng)過(guò)幾次訓(xùn)練后，已經(jīng)掌握了要領(lǐng)，這樣玩游戲不會(huì)使人感到太累。

不久前一位美國(guó)的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家成功將思維的組織圖像轉(zhuǎn)換為可以被肉眼看到的圖像。研究人員利用磁共振斷層x光攝影裝置（一種以磁共振為信號(hào)源，采用計(jì)算機(jī)斷層照相技術(shù)獲得人體內(nèi)部組織圖像的裝置）挖掘出實(shí)驗(yàn)志愿者大腦中的圖像，并將其刻錄，然后借助專(zhuān)門(mén)的電腦程序?qū)Φ玫降臄?shù)據(jù)進(jìn)行加工，志愿者思維的組織圖像就會(huì)呈現(xiàn)在顯示屏上！

一些學(xué)者認(rèn)為，神經(jīng)計(jì)算機(jī)接口技術(shù)正在飛速發(fā)展中，但同時(shí)也應(yīng)當(dāng)適當(dāng)放緩發(fā)展的步伐。因?yàn)閷?duì)這項(xiàng)技術(shù)感興趣的不僅是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，一些軍事項(xiàng)目也同樣希望將這項(xiàng)技術(shù)收歸門(mén)下。美國(guó)國(guó)防部國(guó)防先進(jìn)技術(shù)項(xiàng)目研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)投入了數(shù)百萬(wàn)美元的研究經(jīng)費(fèi)，他們的目的不僅限于減輕傷殘老戰(zhàn)士的生活痛苦，理論上，借助神經(jīng)計(jì)算機(jī)接口技術(shù)不僅可以控制假肢，還可以控制軍事機(jī)械。

美國(guó)生物學(xué)家彼特·艾斯捷普想要做到的不僅僅是“讀”人類(lèi)的思維，還要為其增加知識(shí)，給人類(lèi)大腦“裝滿”數(shù)據(jù)和信息。那時(shí)，人們將會(huì)“瞬間”接受教育，健忘、神志衰弱等疾病也都將成為過(guò)去時(shí)。艾斯捷普將這種電子記憶稱(chēng)為“神經(jīng)計(jì)算機(jī)接口認(rèn)知”，這是目前的科學(xué)假設(shè)，但在不久之前用思維的力量控制輪椅也只是一種科學(xué)假設(shè)。

[譯自俄羅斯《GEO》]