新科技知识干部读本脑网或将改变人

年6月12日下午3点33分，在巴西圣保罗的一个温暖的冬日下午，巴西世界杯开球仪式正在举行。与以往不同的是，这次开球由一个穿着体外支撑骨骼的瘫痪青年朱利安诺·平托（JulianoPinto）来完成。尽管他全身瘫痪，脊髓完全损伤导致胸部以下的所有肢体都没有任何感知觉，但是他完成了一个壮举，这几乎是以前人们从未想象过的事情：朱利安诺仅仅通过他的想象，来控制他身上的机械骨骼装置为世界杯开球。我们可以想象一下这有多难：他无法移动他的身体，仅仅通过想象踢球所需要的动作来踢球。这成功一脚的背后，说明了我们过去几十年对人类脑部构造的基础研究卓有成效。

众所周知，我们的大脑是目前人类已知最为复杂的事物，大脑皮层中有数以千亿计的脑神经通过放电激活来进行信息传输。朱利安诺简单的一步，几乎是神经科学与认知科学近30年努力的结果。而这件事情成功实现的背后，则由神经科学家米格努尔·尼库拉里斯（MiguelNicolelis）教授的研究成果作为理论支撑。早在数十年前，米格努尔教授就在研究制造一种被称为脑机接口（brainmachineinterface）的机器，其目的是将大脑与某个机器相连接，使人或动物通过大脑神经元的信息交换活动来控制这个外部机器。就像科幻电影《阿凡达》中人类通过大脑来控制自己的另一副躯体那样：只要通过想象，就能让远处的机械身体做出任何事情。在研究期间，米格努尔教授与来自世界各地的研究者合作，一次又一次证明这种想法不但是可能的，而且是可行的。

机械手臂（来源：邑石网）

脑机接口并不是神秘的技术，它不过是神经科学与认知科学发展的研究成果之一。脑机接口主要指通信接口，通过运用传感器来接收大脑发出的神经信号（EEG），然后对这些脑电信号读取并进行放大和解析，最后用这些经过处理的脑电信号去控制外部机器与设备，比如机械手臂、体外骨骼等。

国际上关于脑机接口技术研究最著名的无疑就是上文提到的美国北卡罗来纳州杜克大学医学中心的米格努尔·尼库拉里斯教授研究团队，他们曾经利用脑机接口将电极植入3只猴子的大脑，并让猴子通过电脑成功控制屏幕上的机械手臂移动。这实际上是一个行为主义式的实验，如果猴子能够移动机械臂完成相应的任务目标，那么研究者将会奖励它们一些食物和果汁。接下来，研究者将4只老鼠的大脑使用脑机接口技术互相连接起来，并植入电极与计算机相连。实验的手段就是如果老鼠的脑电信号出现大体一致时，那么4只老鼠都会受到食物奖励。按照这样的行为主义“刺激—反应”效应模式进行大量训练后，老鼠为了能够获得更多的奖励，其脑电神经活动就会越来越趋同，这样大脑的同步率就能达到比较高的数值。这种大脑之间的协作，有些类似于计算机的工作原理，分布处理信息，然后为了实现同一个目标，进行信息存储、解析与模式强化输出等活动。然而，这种脑机接口技术上的“脑网”仍然不能解释大脑的运行规则与内在机理，在实验中也无法获知大脑与大脑之间应该有着怎样的连接与合作。因此，4只老鼠的大脑之间的信息如何进行传递与交流，我们无从得知。

我国“十三五”规划将脑科学与类脑研究作为重点项目进行推进，各个大学与科研院所都在为未来这一领域的研究积极布局。目前，脑机接口研究主要分布在传统的工科院校，如清华大学、天津大学、上海交通大学和浙江大学等。天津医院近年来发布了双方共同研制的脑机接口设备“神工一号”，即人工神经康复机器人系统。这是全球第一台适用于全肢体中风康复的“纯意念控制”人工神经机器人系统。在“神工一号”的帮助下，偏瘫病人能够控制自己的瘫痪肢体，并能完成以前无法做出的动作。这是脑机接口技术在我国进行应用研究的一个具体案例，对被试者进行大量的脑电样本采集与模式训练，然后用脑电信号去控制机器。

“神工一号”在帮助患者完成相应动作（来源：新华社）

更重要的是，由于脑机接口技术的进展顺利，有相当一部分国家与军事工业企业已经开始了对军用体外骨骼的研究，中国也参与其中。洛克希德马丁公司研发设计过一款军用护甲，被称为人类负重外骨骼（humanuniversalloadcarrier，HULC），它由腿部支架与背部支架构成，在膝盖和臀部装有马达，可以使穿戴者负重数百千克的物资。

需要注意的是，虽然脑机接口技术很有前途，但在目前来看，它并不是一个成熟或者应用广泛的产业。而且认知科学发展至今，大脑仍然是一个未能破解的“黑箱”，我们还无法得知在思考时，我们大脑的神经活动是怎样的。以“我要踢球”这个想法的神经活动为例，机器实际上并不能通过脑电信号的读取来分析并获知大脑确实在想“我要踢球”这个事实。这些关于第一人称权威的主观信息，在当前的技术条件下，完全不可能进行获取。因此，脑机接口的工作原理是，让被试者不断想象一件事，然后通过机器对这个脑电信号进行读取、记录并解析，通过大量的相关训练，我们就能找出这个想法相关的脑电信号模式特征，进而存储进机器里。这样一来，如果机器再次读取到类似于这个模式特征的脑电信号时，就会与之前的动作执行相匹配，这样相应的脑机接口功能也就实现了，即机器在某种程度上“读懂了”大脑的相关决策信息。

而所谓的“脑网”，就是建立在脑机接口技术之上的升级技术。在未来，我们可以用非侵入式的方式将大脑连接在某种可穿戴设备上，然后通过这些设备进行并行协作，处理问题。然而，在现阶段，这个目标还几乎遥不可及，目前国内外学界还在处理脑机接口问题，因此要实现“脑网”，还十分遥远。大脑是非常复杂的器官，复杂到穷尽我们当前所有的科学技术都无法破解它。而意识，正处于大脑之中，至今我们仍无法给意识一个精准的定义。20世纪70年代，认知科学作为一个学科群兴起，涵盖了哲学、心理学、语言学、人类学、人工智能和神经科学等多个学科，这些学科交叉在一起，共同研究大脑与意识的关系。认知科学在建立之初，所要解决的就是“大脑中的意识信息是如何传递的”这样一个问题。为了回答这个极为困难的问题，认知科学产生了各种各样解释意识与心智的理论。而其中影响力最大的理论，就是以“心智即计算”为理论基础的计算主义。在计算主义看来，心灵中的任何精神活动都可以被还原为心理表征与心理计算。比如知觉，在计算主义者看来，知觉不过就是人对外部感知觉刺激的感官材料在意识中进行推理加工后得出的结果。除了知觉之外，人的很多意识活动都可以被还原为计算。如果真是这样，那么脑机接口就应该完全可以传输人类的任何意识状态和心理活动。但时至今日，我们发现脑机接口作为一项技术，根本不可能传输那些具有第一人称私密性的感觉或者意向性等特质。因此，这项技术在未来要取得飞速进展，至少需要建立在认知科学的基础理论取得本质性突破的前提下才行。

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