身体新革命｜人脑控制电脑，离我们还有多远？

2006年10月10日的晚上，丹尼斯·德格雷（Dennis DeGray）的意识几乎与身体完全分离了。钓完一天鱼后，他回到位于加州太平洋格罗夫的家中，发现自己还没有回收垃圾。当时雨下得特别大，双手都拎着垃圾袋的他决定从家门口快速冲到屋外的垃圾桶。但当他奔跑时，不幸滑倒在几棵橡树下的一片黑色霉菌上，他的下巴重重地摔在地上，脖子第二和第三节椎骨之间也折断了。

在康复过程中，当年53岁的德格雷从医生那里得知，自己锁骨以下的部分会永久瘫痪。除了能稍稍颤抖下，他的躯干和四肢都不能动了。他告诉我：“我的伤势和你能想象到的一样，但我不依靠呼吸机。”在事故发生后的几年里，他“只能躺着观看历史频道”，在挣扎中接受受伤的现实。

过了一段时间，在一次有关干细胞研究的筹款活动中，他遇到了斯坦福大学神经外科教授杰米·亨德森（Jaimie Henderson）。两人谈论起机器人，这也是德格雷感兴趣已久的话题——他在家里开的机械厂长大。据德格雷回忆，亨德森的一个问题吸引了他：你想驾驶无人机吗？

亨德森解释说，他和同事一直在开发脑机接口：即人体大脑与外部设备（如电脑、机器人肢体或无人机）之间的一种实验性连接设备，人只需通过思考就能加以控制。德格雷渴望参与其中，最后还搬到了离斯坦福大学更近的门洛帕克，因为他需要等候空缺的研究名额和必要的许可。2016年夏天，亨德森打开了德格雷的头骨，露出了薄薄的、带褶皱的大脑最外层——大脑皮层，接着他将两个4×4毫米、类似于微型钉床的电极阵列植入其中。每个阵列有100个微型金属钉，可共同记录运动皮层中几百个神经元发出的电脉冲，而运动皮层是参与自主运动的大脑区域。

两个4×4毫米、类似于微型钉床的电极阵列植入大脑皮层。

经过一段时间的恢复，亨德森的几位合作者聚在德格雷的家中，让他坐在一个电脑屏幕前，屏幕上显示着一圈有8个25分硬币大小、轮流发出橙光的白点。德格雷的任务是仅靠他的意念将光标移向发光点。科学家将电缆连接到从德格雷头部伸出的金属基座上，这些电缆会把他大脑中记录的电信号传输到解码器：附近的计算机网络会运行机器学习算法。

这些算法由大卫·布兰德曼（David Brandman）构建，他当时是一名神经科学博士生，通过一个叫BrainGate的机构与斯坦福大学的团队合作。他设计的算法设计能将不同的神经活动模式与不同预期的手部动作快速联系起来，并且每两到三秒更新一次，理论上每次都会变得更加准确。如果把德格雷头骨中的神经元比作钢琴上的音符，那么他的不同意图就像是独特的音乐作品。例如，试图抬起手的动作与某种神经“旋律”一致，而试图将他的手向右移动则对应于另一种“旋律”。当解码器学会识别德格雷的意图时，它就会发出指令，让光标朝着相应的方向移动。

布兰德曼要求德格雷想象一个能让他直观地控制光标的动作。德格雷盯着电脑屏幕，在脑海中寻找启动的方式：他想起电影《人鬼情未了》（Ghost）的一个场景，已故的萨姆·惠特[帕特里克·斯威兹（Patrick Swayze）饰]在门上悄无声息地滑动了一枚便士，向女友证明他仍然以幽灵的形式存在。德格雷想象自己用手指推着光标，就像推着那枚硬币一样，让它朝着目标前进。尽管无法真正地移动手，但他还是用尽全身力气努力这样做。当布兰德曼看到解码器如他所愿地快速运转起来，简直欣喜若狂。在37秒内，德格雷获得了控制光标的能力，并使其到达了第一个发光点。几分钟内，他连续击中了几十个目标。

作为长期临床研究的一部分，地球上仅有几十个人在大脑皮层中植入了神经接口。现在，德格雷是其中最有经验、最敬业的参与者之一。自最初的试验以来，他已经练习了1800多个小时，通过了近400次训练，并用他的意念控制着各种形式的技术。他玩过游戏，操纵过机器人肢体，发送过短信和电子邮件，在亚马逊上购物过，甚至还驾驶过无人机——目前还只是一台模拟器——所有这些都不用动用一根手指。德格雷和类似的志愿者正在探索一项有可能从根本上改变人机互动方式的前沿技术。

大脑皮层中植入神经接口后，志愿者可以用意念控制各种技术。

自1950年代以来，科学家和工程师一直在创造和研究脑机接口。鉴于种种大脑行为依然成谜——特别是不确定意识究竟是如何从这三磅重的“电动果冻”里产生的——此类系统达成的成就总是意义非凡。使用神经接口的瘫痪者学会了在数字键盘上弹奏简单的曲调，或是控制外骨骼和机器人肢体较为灵活地用瓶子喝水。3月，一个国际科学家小组发表了一项研究，首次记录了一位全身瘫痪人士如何使用脑机接口打出字母（每次一个）并组成句子来表达愿望和需求。

神经接口也可以在大脑和机器之间建立双向沟通路径。2016年，因车祸而造成胸部以下瘫痪的内森·科普兰（Nathan Copeland）不仅借用一只机器人手与美国总统奥巴马以拳相击，还从自己的手上体验到击拳的触觉——因为假体将信号传回了大脑中的电极，刺激了他的感觉皮质。通过结合大脑成像技术和神经网络，科学家破译并部分重建了人们头脑中的图像，产生了类似于褪色的宝丽来照片或带污点的油画那样模糊的仿真感。

大多数脑机接口的开发研究人员表示，他们主要对治疗性应用感兴趣，即如何恢复瘫痪者或其他残疾人士的运动和交流能力。然而，鉴于这种技术有显而易见的潜力，以及越来越多高知名度初创公司参与开发，这种技术有可能得以更广泛地应用：在未来，神经接口除了恢复人类丧失的能力外，还有望提升先天能力并赋予人类新能力。

在地球的生命史上，我们从未遇到过离开身体而存在的意识。高度复杂的认知总是位于一个错综复杂的物理框架中，无论是吸盘式八爪臂、毛茸茸的四肢还是一束羽毛和喙。人类的技术往往会放大身体原本的能力，或通过身体将意识延伸到周围的环境中。就拿艺术、写作、农业和工程来说：所有的人类创新都依赖于身体能力，因此也受制于身体能力，需根据大脑意识做出物理性操作。如果脑机接口能有所突破，也许这一技术就能带来无比深刻的影响力：我们的物种能够超越限制，绕过身体让意识与机器产生新的结合。

1893年春天的一个早晨，在德国维尔茨堡的一次军事训练中，19岁的汉斯·伯杰（Hans Berger）从马背上摔下来，差点被一门火炮的车轮轧死。而同一天早上，住在97公里外科堡的妹妹似乎就强烈地感到一种不祥的预感，她还说服父亲发了一封电报询问哥哥的安危。这种看似心灵感应的预感让伯杰着迷，促使他开始研究大脑的奥秘。他的研究工作在1920年代达到巅峰并发明了脑电图（EEG）：即用附着在头皮上的电极记录脑电活动。这种仪器产生的振荡模式，让人联想到地震仪晃动时留下的痕迹，也首次记录下人类脑细胞的颤动。

在接下来的几十年里，科学家学会了用新的方式来记录、控制和引导大脑的电信号，从而在大脑和机器之间搭建起越来越复杂的桥梁。1964年，西班牙神经生理学家何塞·曼努埃尔·罗德里格斯·德尔加多（José Manuel Rodríguez Delgado）利用嵌入动物大脑的无线电控制电极，让一头往前冲的公牛停了下来。1970年代，加州大学洛杉矶分校教授雅克·维达尔（Jacques Vidal）创造了脑机接口这一术语，并证明人们能够用意识引导光标通过一个简单的虚拟迷宫。到21世纪初，杜克大学的神经科学家米格尔·尼科莱利斯（Miguel Nicolelis）及其同伴发表了研究报告，证明被植入神经接口的猴子可以用意念控制机器人假肢。2004年，肩部以下瘫痪的马特·纳格尔（Matt Nagle）成为第一个完成相同动作的人。他还进一步学会了如何独立使用意识玩Pong游戏、切换电视频道、打开电邮和在电脑屏幕上画圆。

科学家在大脑和机器之间搭建起越来越复杂的桥梁。

自此之后，脑机接口技术的发展速度大大加快，部分原因归功于人工智能的快速发展。机器学习软件通过自动完成一些必要的计算和预测人类用户的意图，大幅提高了神经接口的效率和准确度——但这和手机或电邮现在使用的人工智能预测文本技术不同。去年，加州大学旧金山分校的神经外科医生爱德华·张（Edward Chang）和十几位合作者发表了一项具有里程碑意义的研究，介绍了神经接口如何让一个36岁的瘫痪男子在超过15年后第一次“发出声音”。这位被称为潘乔（Pancho）的男子在20岁时发生车祸和严重的中风，随后便失去了理解语言的能力。在大约20个月的时间里，当潘乔试图大声说话时，放置在其感觉运动皮层顶部的128个圆盘状电极就会记录涉及语言处理和声带控制的大脑区域的脑电活动。解码器将不同的神经活动模式与不同的单词联系起来，最终在语言预测算法的帮助下学会了每分钟破译15个单词，平均准确率为75%。虽然这远远不及正常的英语交流速度（每分钟为140至200个单词），但它比严重的瘫痪人士用的许多点击交流方式快得多。

在去年发表的另一项突破性研究中，杰米·亨德森和几位同事——包括生物医学工程师弗朗西斯·维尔特（Francis Willett）和电子工程师克里希纳·申诺伊（Krishna Shenoy）——报告了一项同样令人印象深刻、但完全不同的神经接口交流方法。当丹尼斯·德格雷想象自己用笔在记事本上写下单词时，科学家记录下大脑神经元的发射情况，并试图重现每个字母所需的不同手部动作。他通过意识书写了数千个单词，以便系统能识别每个字母特有的神经活动模式，并在屏幕上输出单词。他幽默地告诉我：“一段时间后，你真的会厌倦M的。”最终，这个方法获得了极大的成功。德格雷每分钟能打出90个字符或18个单词——这比他以前用光标和虚拟键盘时的打字速度快了一倍多。他是全世界最快的意识打字员。他说：“有时我的速度很快，但打出来的只是一个模糊的大轮廓。如果我的注意力到了不太寻常的程度，他们会提醒我留意呼吸。”

迄今为止，脑机接口领域取得的成就都靠混合使用侵入式和非侵入式技术。该领域的许多科学家，包括与德格雷合作的科学家，都需要使用犹他州公司Blackrock Neurotech生产的手术嵌入式尖状电极阵列。众所周知，犹他阵列（Utah Array）可以区分单个神经元信号，为连接设备提供更精密的控制。不过，手术可能会导致感染、炎症和疤痕——这都可能会让信号强度逐步减弱。在头骨外面的接口，比如依赖脑电图的耳机，目前仅限于捕捉神经元组的集体放电信号，而为了安全性，会牺牲功率和精度。更麻烦的是，实验室研究的大部分神经接口需要笨重的硬件、电缆和电脑的随时监控，而大多数商用接口基本上被用于远程控制初阶电子游戏、玩具和应用程序。这些商用耳机无法解决现实世界的问题，而临床研究里更强大的系统对于日常应用来说却太不实用了。

考虑到这个问题，埃隆·马斯克（Elon Musk）的公司Neuralink开发出可灵活使用的聚合物管线，上面有3000多个微小电极与一个瓶盖大小的无线电通讯信号处理器相连；同时，机器人通过手术把管线植入大脑，可避开血管以减少炎症。Neuralink在动物身上已做过系统测试，表示将在今年开始做人体试验。

位于纽约的公司Synchron则开发了一种无需做开脑手术的设备Stentrode——这是一个长约4厘米、由电极组成的自膨胀管状晶格结构，通过颈静脉注入大脑的一条主血管。安装到位后，Stentrode能检测附近运动皮层的神经元组所产生的局部电场，并将记录的信号发到嵌入胸部的无线发射器——后者可将信号传递给外部解码器。2021年，Synchron成为第一家获得美国食品药品监督管理局（F.D.A.）批准进行永久性植入式脑机接口人体临床试验的公司。到目前为止，有四位瘫痪程度不同的人士已经植入了Stentrodes并开始使用。在有的案例中，该设备与眼球追踪及其他辅助技术相结合，可在家中无人监督时控制个人电脑。

2020年4月，生活在澳大利亚格林代尔、62岁的菲利普·奥基夫（Philip O’Keefe）植入了一个Stentrode。由于患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症（A.L.S.），奥基夫只能行走一小段距离且左臂无法移动，还正在失去清晰说话表达的能力。他解释说，起初，他必须高度专注于操作该系统所需要的想象式动作——对他来说，要想着移动左脚踝，并保持不同的时长。他说：“但是，使用得越多，就越像骑自行车。当到了一个阶段，就不会再去想着那些需要做的动作了。你需要去想那些需要执行的功能，无论是打开电邮、滚动网页，还是打出一些字母。”12月，奥基夫成为全世界第一个利用神经接口发推特的人。他用自己的大脑意识写道：“无需敲击键盘或出声，我只需要通过思考，便能发出这条推特。#helloworldbci”

神经学家、Synchron的创始首席执行官托马斯·奥克斯雷（Thomas Oxley）认为，就成本和安全性而言，未来的脑机接口将介于LASIK（屈光手术）和心脏起搏器之间，它能够帮助残疾人恢复接触物理环境和快速发展的数字环境的能力。他说：“除此之外，如果这项技术还能让人比普通人的身体更好地融入数字世界，这才是它真正有趣的地方。表达情感、想法，大脑想传达的一切信息，都必须通过控制肌肉来实现。最终，脑机接口将让信息的传递超越人体局限。从这个角度来看，我认为人脑的能力将得到提升。”

目前，没有任何技术在传递信息时比人类产生思想时的速度更快。手指和拇指的移动速度永远不够快，而且许多信息处理形式更适合电脑，而不是人脑。奥克斯雷预测，使用神经接口有可能增强人类记忆，通过与全球定位系统直接相连，有望增强原本的导航能力，从而大幅提高人脑的计算能力，并创造出一种全新的交流形式——在这种交流中，情感可以无声地从一个人的头脑中“扔”给另一个人。奥克斯雷说：“这只是该领域迎来黎明的开始，它真的有望改变人类的互动方式。”

十多年来，塔斯马尼亚大学的哲学家弗雷德里克·吉尔伯特（Frederic Gilbert）一直在研究神经技术引发的伦理窘境。通过深度访谈，他和其他伦理学家记录了部分个体对神经植入物产生的不良反应，包括自我疏远、冲动增加、狂躁、自残和企图自杀等。2015年，他前往南澳大利亚地区的佩诺拉约见了丽塔·莱格特（Rita Leggett），这位54岁的患者有着不同寻常，却同样令人不安的经历。

几年前，莱格特参加了一项特殊脑机接口的首次人体临床试验：该接口通过一个手持蜂鸣器向癫痫患者发出即将发作的警告，以便让他们有足够时间服用稳定药物，或转移到安全的地方。植入后，她感觉自己的自信心和能力都增强了，焦虑感也大幅降低。随着时间推移，植入物变得与她的自我身份密不可分。她告诉吉尔伯特：“它就是我，它变成了我。有了这个设备，我找到了自己。”2013年，该神经接口的制造商NeuroVista因无法获得新资金而倒闭了。尽管莱格特反对做移除手术，但最后还是接受了。吉尔伯特说，她备受打击，“她的共生关系是如此深刻”，当设备被移除时，“她遭受了创伤”。

此类令人震惊的事情还在发生。工程杂志《IEEE Spectrum》最近一项调查显示，由于收入不足，洛杉矶神经假肢公司Second Sight已经停产，并大范围停止向全世界350多名视力障碍者的仿生眼提供服务。至少有一个用户的植入物已经失败，并且没有办法修复——这种情况也可能会发生其他人身上。有的参加Second Sight最新神经接口临床试验（即直接刺激视觉皮层）的患者，已经移除了设备，或正考虑这样做。

如果复杂的脑机接口最终超越医疗应用，成为面向普通大众的消费品，那么围绕这一技术的伦理问题就会激增。在2017年关于神经技术的评论中，哥伦比亚大学的神经生物学家拉斐尔·尤斯特（Rafael Yuste）和24位同事划定了四大主要关注事项：技术增强、偏见、隐私和知情同意；此外，代理和身份议题也备受关注。神经植入物有时会导致患者的自我认知发生令人担忧的转变。有人曾表示，他们感觉自己像“一个电子娃娃”，或者自我感知处于模糊不清的状态。如果有人犯罪并指责是植入物的问题，那么法律系统应该如何判定？随着神经接口和人工智能的发展，这些矛盾都可能会加剧。

我采访过的所有科学家和工程师都承认，神经接口会引发伦理问题，但大多数人更关注的是知情同意问题和安全性，而不是他们认为尚且遥远的事，或未经证实的对隐私和代理问题的担忧。在学术科学研究领域，如何为这一技术在未来作出适当的界定，依然存在争议。

在私营领域，伦理往往成为在热情之外不那么重要的事情。随着融资和商业化压力增加，一些惊人的、有时耸人听闻的说法层出不穷。德国企业家、投资者克里斯蒂安·安格迈尔（Christian Angermayer）相信，在20年内每个人都会使用脑机接口。去年，他在LinkedIn发帖称：“从根本上说，这是大脑的一个输入——输出设备，能让社会中很大一部分人受益。人们可以相互交流、完成工作，甚至直接用他们的意识创造美好的艺术品。”马斯克把Neuralink的最终目标表述为，实现“与人工智能的某种共生关系”。如此一来，人类就不会被超级智能机器毁掉、征服或“甩在后面”。他曾发推文称：“如果不能打败它们，就加入它们。”——这也被他称为“Neuralink的使命宣言”。Neuralink前总裁马克斯·霍达克（Max Hodak）被迫离开公司后，又成立了一个名为Science的新公司。他梦想利用神经植入物让人类的感官器官实现“直接可编程”，从而创造一个“比特世界”：一个平行的虚拟环境，即当人们闭上眼时出现一个清晰明了的梦境。

时至今日，68岁的德格雷依然居住在十年前选择入住的门洛帕克带辅助生活设施的住所，因为那里离斯坦福大学很近。他仍然保留着六年前亨德森嵌入自己大脑的两个电极阵列，以及为外部机器提供连接点而伸出来的金属基座。大多数时候，他感觉不到这些设备的存在，尽管意外的敲击声会在他的头骨中回荡，就像敲锣声一样。在日常生活中，他需要依靠护理员的24小时照看服务和一套辅助技术，包括语音指令和头部运动追踪器。他可以坐在靠呼吸控制的轮椅四处走动，但如果做长途旅行，就比较费劲了。在大部分时间里，他都在电脑上阅读新闻、科学研究和小说。他告诉我：“我真的很怀念书本。它们闻起来很香，拿在手里感觉很好。”

德格雷个人参与的脑机接口研究已成为生活的重心。斯坦福大学的科学家每周平均家访两次，以继续他们的研究。他说：“我把自己当作一名测试飞行员。我的责任是每天早上把一架漂亮的新飞机拿出来，乘着机翼飞走。然后工程师们把它拖回机库、检修，然后第二天我们再做一遍。”

当德格雷激活自己的神经接口时，他的具体体验情况取决于接受的任务。例如，用尝试性的手部动作来控制光标，就像“整个世界简化为一个Etch A Sketch（画板），所拥有的只有左、右、上、下”。随着时间推移，这种控制已变得即时可见，以至于感觉像是他的意志在无缝延伸。相比之下，在三维空间操纵机械臂是一个更加相互的过程。他告诉我：“我不是在让它做事，而是它以最灵活的方式在与我一起工作。就像是，两个人在一起跳舞。”

没有人确切地知道，现有的电极阵列能在人脑中保留多长时间而不发生故障或危及健康。虽然德格雷可以在任何时候要求移除，但他希望无限期地作为研究的参与者。他说：“我觉得做的事情非常有意义。如果因为某些原因不得不退出这个项目，那会让我心碎。”

然而，谈及头骨里这一技术的长远未来时，他似乎也比较矛盾。他告诉我：“我花了相当多的时间来担心这个问题。我确信它会被误用，就像每项技术刚问世时那样。希望这将促使人们理解它在人类文明中应该处于什么位置。我认为，最终你必须相信人类的本性是善良的——否则，你不会追求任何新的技术。你必须开发它，让它商业化，看着它发展。就像对待婴儿一样：你只能养育一段时间，然后必须让他们进入社会。”

插画：Dadu Shin

撰文：Ferris Jabr 编辑：调反唱唱

排版：王子涵