开启意念控制机器的时代

计划——“大脑之门”（Brain Gate）的一部分。

“大脑之门”是一种“脑机接口”（Brain-computer Interface，简称BCI）系统，也就是将人类的大脑和机器连接起来的系统，最初是由布朗大学开发。“大脑之门”系统的芯片非常小，比一枚１美分的硬币还要小很多。芯片上有100 个电极，其中有96 个能够用于记录神经信号。

每个电极长1毫米，比头发丝还细，排成10×10 的阵列，电极间彼此相距400 微米。芯片放置在患者大脑皮层的第一运动区，这是控制自主运动的主要区域。一股13 厘米长的电线把芯片与一个钛制基座相连，基座固定在患者的头骨上。芯片记录的神经活动信号通过基座传输给外部设备。后者经过放大和解码，从神经活动中解读出病人的意愿，将之转化为指令，发送给电脑。如此一来，瘫痪病人就可以控制如计算机、轮椅和仿生肢体等外部装置了。

“大脑之门”早在2004 年，就被放入了一名24 岁的四肢瘫痪者的大脑运动皮层，帮助这位患者传递大脑信息，当时进行的这个首次植入人脑实验持续了9个月的时间，结果公布在《自然》杂志上。2006 年，大脑之门团队首获成功，一名四肢瘫痪者当时能够使用脑机接口系统控制计算机显示器上的光标。

而这一次的最新成果则属于“大脑之门2 期”（Brain Gate2）实验。两位测试者凯茜·哈钦森（Cathy Hutchinson）和罗伯特·维耶特（Robert Veillette实验代号T2）都已中风，大脑组织受损，脑部与身体之间的神经连接已经断开，所以他们四肢瘫痪，无法运动，无法说话，无法做一些常人可以做到的事情，例如伸手拿一杯水或刮一下鼻子。研究者的想法是绕过受损神经系统，将大脑直接与外部连接。这样，大脑信号虽然无法控制肌肉，但可以控制机器或设备。

该研究小组使用两种不同的机械臂进行了近两百次测试。其一是DEKA Arm系统，这是与美国军方合作研发的假肢，第二个是德国航空中心（German Aerospace Centre，DLR）研发的，作为外部辅助装备厚重机械臂。参与实验的两名瘫痪者，都能够使用意念控制机械臂拿起目标物体，成功率为43%到66%。

这一挑战的难点在于要解码来自病人神经接口植入端中的神经信号，然后将其转换成机器装置能读懂的数字命令，从而机器装置能执行准确的目标运动。当然，运动越复杂，解码工作也就越难。

实验中，两位身体完全瘫痪的病人利用他们的大脑信号直接控制机械臂运动，成功握住小泡沫球和咖啡瓶。这是人类受试者完成的首次成功意念操控。当然，“大脑之门”技术要进入临床运用，仍然有很多工作要做。“大脑之门”这一类的芯片必须植入人脑中才能详细探测神经元活动，这种手术复杂而且危险。就目前来说，植入的芯片必须与通过很不雅观的电线附属于一个微型计算机。因此，下一个目标是使系统不用电线。布朗大学的研究人员和犹他州黑石微系统（该公司生产植入芯片）的研究人员正在研发一个无线版本，目前正在进行动物测试。

多诺霍希望，最终植入的芯片能够直接对患者自身的肌肉产生电刺激，省去机械臂。这类实验已经在非人类的灵长动物身上显示出了潜力。研究人员希望，“大脑之门”技术10 年之内可以用于瘫痪和安装了假肢的人，并且在经济上让他们负担得起。最终，类似的技术也许能恢复不再工作的自然肢体的功能。

对脑机接口的研究已持续了超过30 年了。20 世纪90 年代中期以来，从实验中获得的此类知识呈显著增长。在多年来动物实验的实践基础上，应用于人体的早期植入设备被设计及制造出来，用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。在当前所取得的技术与知识的进展之下，脑机接口研究的先驱者们可令人信服地尝试制造出增强人体功能的脑机接口，而不仅仅止于恢复人体的功能。这种技术在以前还只存在于科幻小说之中。

意念控制走向应用

这种听起来十分玄妙的意念控制技术，说白了其实并不深奥。19 世纪末，德国生物学家汉斯伯格观察到电鳗自体会产生电流，这个现象启发了他，从而发现了人脑中微弱的电流。而脑波的生理电位通常十分微弱，大约在5～30 微伏特左右，属于0.5～60 赫兹的交流信号。此外，脑电会随着人的不同情绪与身心状态而改变，并且只有在人脑死亡后才会停止，所以通过获取脑电信号并加以解码分析，就能够获得一系列信息。人的大脑是由数以万计的针尖大小的神经交错构成的，神经相互作用时，脑电波模式就释放出这些神经元之间透露的思维信息。不同的神经活动会产生不同的脑波模式，不同的脑波模式会发出不同频率的脑电波，从而表现为不同的大脑状态。

而人脑每一次神经活动时都会产生轻微的放电，放出的电通过脑电波技术（医学上称为脑电图）就可以测量得到。不过，单个神经产生的脑电很难隔着头皮测量。因此，对情绪状态的判断是根据许多神经共同放电产生的集体神经活动得来。最终，通过特定算法技术就能把这些具体情绪状态解读出来。经过一个世纪的实验，神经系统科学领域的专家们已经定义了大脑中控制具体活动的部位，比如人大脑前额处的皮质能够产生更高级的思维，人的情绪、精神状态及专注状态都受这个区域的控制，这个区域被称为大脑的FP1 区域。正是因为大脑可以随状态而波动，并已被确定为集中在FP1 区域，才使得人们对脑波的开发和运用不仅仅局限在医疗领域，把意念控制机器的可能性变成现实，让人们在娱乐、教育、健康等领域感受意念控制的神奇和能量。

一些专家警告称，美国“大脑之门”科技的快速发展，可能有着更险恶的用途。美国目前至少有12 个实验室都在研发脑机接口技术，并且其中大多数实验室的研究都受到了美国军方的资助。

据美国国防部相关部门透露，美方正进行一项名为“阿凡达”的研究项目，打算在未来打造出能通过意念控制的机器人。《阿凡达》是美国电影史上最卖座的影片之一，在影片中，“阿凡达”是一个由人通过意念控制的角色。据报道，美国的“阿凡达”计划中，被意念遥控的机器人将成为士兵的完美替身，从事清洁房间、站岗放哨、沙场鏖战等一系列工作，最终成为名副其实的“未来战士”。

虽然媒体不免放大对这种“阿凡达”战士的想象，他们具体能做什么也只是停留在纸面上。不过，从科学上来看，“阿凡达”战士倒并非幻想，只不过这条路刚刚起步，还停留在基础研究的原始阶段。

实质上，所谓“阿凡达”研究项目，主要对接的就是“脑机接口”研究领域，这一领域也正迅速成为全球科学家最热门的研究对象，由于极具想象力的“意念控制”主题，也让普通人都备感兴趣。

《纳斯达克》杂志在2011 年为苹果列出了十大竞争对手，其中除了亚马逊、谷歌和Facebook 这些巨无霸级的对手外，还有神念科技这家此前名不见经传的公司。而它被选入列的原因，就在于意念控制这种新的人机交互方式正在向苹果公司所擅长的人机界面发出了挑战，其潜在的颠覆性，让产业玩家们都不敢小觑。

2009年，第一款玩具类产品意念小球推向市场，在美国供售出100 多万套，是当年亚马逊圣诞节玩具销量冠军。目前，运用脑控技术的产品多围绕四个领域展开——教育产业、健康产业、娱乐产业和竞技体育领域。比如美国、韩国和欧洲一些国家的专业射箭运动员就在使用脑控产品来练习大脑的精神集中度。对于射箭和射击运动员而言，肌肉、力量和身体素质并非获胜的首要因素，在竞技比赛中他们能否保持良好的定力和注意力才是制胜关键，因此相关的脑控产品会帮助分析运动员成绩好与坏时，其脑电波状态的差异，进而进行有针对性的反复训练，以提高成绩。

德国柏林自由大学的团队推出了一种名为“德国制造”的自动驾驶汽车。该车利用激光雷达、微波雷达和立体摄像机，可以进行全方位的障碍物探测，并可以感应到前方200 米远的汽车。关键的是，司机可以用意念控制车的速度和行驶方向。“思维车”的研制只是脑机接口技术领域的冰山一角，目前很多国家正争相研究并完善“脑机结合”技术。例如，用“思维”打字就是脑机接口技术的一种应用。

存在技术障碍和伦理争议

对意念控制这个科学主题而言，重要的还在于大脑研究的突破，读懂神经信号这本“天书”。大脑是一个充满液体和神经元的容器，上千亿个神经元之间通过发出微小的电脉冲相互交流，对人体运动大到行走、小至抬眉的一举一动“发号施令”。其中手的运动区少说也有几万到几十万个神经元。

对意念控制这种大胆的沟通手段，许多人目前还持保守态度。加拿大安大略省女王大学研究人员斯蒂芬·斯科特在《自然》上撰文指出，“大脑之门”在同类研究中最为先进。但他同时警告说，这一进展决不意味着“意念控制”技术已可以广泛应用，因为还有极多难题有待解决。一些科学家认为，对完全残疾的患者而言，它们并不是最佳治疗方案。有些科学家还反对在纳格尔身上做实验，称这种做法对大脑损害的风险非常大。另外，植入的电极容易引发炎症和感染，结果电极会因此失去效用。由于人体植入芯片牵涉到伦理问题，这类研究活动目前在美国引起了较大规模的争论。人权团体认为此举有“侵犯个人隐私”之嫌。还有一些人表达出对这种类似“读心术”的担忧，害怕有一天“自己的大脑被控制”。

但在研究者看来，“脑机接口”的主要目标还是帮助人们更好地沟通，恐惧大可不必。高技术是第一生产力，是推动社会全面进步的伟大革命力量。我们在今后的许多世纪里，仍然要处于“技术化生存”（或“技术化发展”）之中。反科技主义的观点是错误的，因为它是反人性、反人类的。如果高技术损害了人类的根本利益，那责任也不在高技术，而在研究、应用、控制、管理高技术的人。但是，我们也必须看到，高技术已有可能被我们滥用、误用，造成人类自我的毁灭。唯技术主义、技术至上主义、技术万能论的观点也是错误的，因为这些观点也是反人性的、反人类的。

（作者单位：淮南联合大学）

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