斯蒂芬·霍金癱坐在輪椅上，臉上掛著他那著名的神秘微笑。在我第一次讀他的《時間簡史》時，他還有三根手指能夠活動；但是當(dāng)幾年后我再買到精裝本《果殼中的宇宙》時，他只能靠一只手指，將腦中奔流不休的思緒緩緩敲在一塊小鍵盤上。而幾乎可以確定，在未來的某一天，這位把在人跡罕至的理論物理學(xué)界的成就和通常僅為影星和搖滾歌星保留的盛名集于一身的老人，只能將他深邃的思考永遠禁錮在一具癱軟無力的肉體當(dāng)中。

除非，我們能從這顆天才的頭顱中，將無形的思考，轉(zhuǎn)換成一個更加清晰的世界，讓潛水鐘般沉重身體里的思緒，能夠像蝴蝶一樣輕盈地自由飛翔。

幸運的是，隨著腦機接口的發(fā)展，這并非絕不可能。

進化

更高、更快、更強。這不僅是奧林匹克運動會的口號，也是人類文明進步的方式。機械工具延伸了人的手，交通工具延伸了人的腳，互聯(lián)網(wǎng)和通訊產(chǎn)品延伸了人的耳和嘴甚至大腦。但軟弱的肉體和大腦對神經(jīng)和肌肉的依賴，數(shù)千年來總讓人們無計可施。

直到1924年，人類的面前出現(xiàn)了一道曙光，得以一窺大腦的奧秘。這一年七月的一個傍晚，德國醫(yī)生漢斯·貝格爾（Hans Berger）第一次從顱骨受損的病人頭部測到了極為微弱的電流。在經(jīng)過近五年的漫長實驗后，他終于確認(rèn)了這種神秘的電流的確來自于腦部活動，并且給自己發(fā)明的這種測量方法命名為腦電圖（EEG，electroencephalogram）。他從一千多張腦電記錄中發(fā)現(xiàn)了腦電的部分規(guī)律，并且將人們清醒并閉眼時的腦電波定義為阿爾法（α），而將睜開眼睛時的腦電波定義為貝塔（β）。

隨后的幾十年，人們又找到了其他一些頻率的腦電波，并且把它們和大腦的狀態(tài)對應(yīng)起來：熟睡時的德爾塔（δ）、困倦、冥想或被催眠時的西塔（θ）、進行復(fù)雜的思想活動或者情緒波動時的伽瑪（γ）、以及只能在掌管運動的區(qū)域探知的繆（μ）。腦電圖開始逐漸成為腦部診斷的必備工具，意識的生理基礎(chǔ)不再是一個需要爭論的哲學(xué)命題。

然而貝格爾醫(yī)生沒有等到EEG大放異彩的那天。在他逝世的時候，電子計算機還沒有被發(fā)明出來。當(dāng)電腦和人腦聯(lián)合時將會必然發(fā)生的巨變，怕是連貝格爾醫(yī)生自己，也從來未曾想到。

20世紀(jì)70年代，在美國國防部的國防先進技術(shù)研究署（DARPA，Defense Advanced Research Projects Agency，就是這個部門發(fā)明了互聯(lián)網(wǎng)）資助下，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校（UCLA， University of California Los Angeles）開始嘗試?yán)肊EG，將人類思考的結(jié)果不借助肌肉和神經(jīng)組織，而直接通過計算機來輸出——讓思考可以直接被看到，讓大腦可以直接控制機械，讓肉體的羈絆消失于無形。

直到這時，腦機接口（BCI，Brain-computer Interface）這個詞才首次出現(xiàn)在科學(xué)文獻中。伴隨這個詞出現(xiàn)的，是人們對于大腦活動越來越深入的理解。1978年，人們發(fā)現(xiàn)猴子可以在訓(xùn)練后，快速學(xué)會自由地控制初級運動皮層中單個神經(jīng)元的放電頻率；1989年，約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)恒河猴手臂運動方向和大腦運動皮層中單個神經(jīng)元放電模式的關(guān)系；而到了九十年代，一些研究人員已經(jīng)能夠?qū)崟r捕捉運動皮層中的復(fù)雜神經(jīng)信號，并且用來控制外部設(shè)備。機械義肢可能變得和原生肢體一樣容易使用，人類在進化的漫長道路上看到了一種全新的可能性：人和機械，可以作為一個生命的不同組成部分而共存。

童年的結(jié)束

腦電圖在頭皮外測量，電極僅僅用于接收信號。這是它最大的優(yōu)勢，不會對監(jiān)控的大腦造成任何可能的損傷。而它的缺點也同樣明顯：在頭皮外接收到的電信號不僅微弱，而且多個腦區(qū)的活動信號會疊加在一起，最終形成看起來十分混亂的波形。

幸好這些缺點可以部分克服。微弱的電信號可以放大，而波形的分離早在十九世紀(jì)就已經(jīng)由法國數(shù)學(xué)家傅立葉解決?，F(xiàn)在我們只需要解決腦電波和大腦思考行為的對應(yīng)關(guān)系就行。

但是，這卻是最大的難點。大腦中有超過140億個神經(jīng)元和超過1000億的神經(jīng)元連接，而且由于大腦驚人的適應(yīng)性，對一個人來說某種行為對應(yīng)的神經(jīng)元活動，可能在另一個人身上就完全換了另一組完全不同的神經(jīng)元。實在很難找到一個共通的模式，可以輕松地讓大腦活動變成電腦屏幕上跳躍的文字或者圖標(biāo)。研究人員們現(xiàn)在只能通過探尋一些粗略的模式來進行分析，但是這樣的模式避免不了誤判的可能。

現(xiàn)在，基于EEG的腦機接口主要集中在兩個方向：誘發(fā)的信號和自發(fā)的信號。當(dāng)某個異常事件發(fā)生后的300毫秒左右，將會檢測出一個被叫做P300的電波峰值；當(dāng)眼睛受到光或圖像刺激后，視覺皮層將會產(chǎn)生視覺誘發(fā)電位。這兩類信號可以通過誘發(fā)產(chǎn)生，而且判斷準(zhǔn)確率較高，但是缺點是需要外界刺激，并且依賴人體本身的某些知覺才能工作。而當(dāng)某側(cè)肢體運動或者僅僅是想象其運動時同側(cè)的腦區(qū)產(chǎn)生的事件相關(guān)同步電位、通過反饋訓(xùn)練可以自主控制的皮層慢電位和自發(fā)的阿爾法、貝塔等腦電信號雖然不需要外界刺激，但是需要大量的特殊訓(xùn)練和適應(yīng)過程。畢竟，世間安得兩全法，魚與熊掌，永難兼得。

基于EEG腦機接口進展的舉步維艱，讓人們不得不另辟蹊徑。功能性核磁共振（fMRI，functional Magnetic Resonance Imaging）這種經(jīng)常擺在醫(yī)院里的巨大工具，成了科學(xué)家們盯上的下一個目標(biāo)。功能性核磁共振可以用于查看大腦中不同腦區(qū)的血液流動情況——一般來說，思維活躍區(qū)域的血液流量就會相應(yīng)增加。這樣，通過監(jiān)測不同區(qū)域的血液流動情況，和之前訓(xùn)練的圖像進行對比，就可以判斷被監(jiān)控者的思維活動。2006年，日本國際電氣通信基礎(chǔ)技術(shù)研究所和本田研究所兩家機構(gòu)采用這種技術(shù)，開發(fā)出可以控制機械手的腦機接口，控制的延時只有幾秒鐘。和腦電相比，功能性核磁共振有更多的優(yōu)勢，但是fMRI實在體積太大，現(xiàn)在還不能指望能夠做成一頂頭盔戴在頭上。

而且，更精確的思考，不會存在于頭皮之外，只能從頭顱內(nèi)部去尋找。

在腦中植入電極的設(shè)想，幾十年前看起來還像是個笑話，但是現(xiàn)在人們已經(jīng)開始認(rèn)真地考慮其可行性了。通過一系列動物實驗，科學(xué)家們已經(jīng)開始小范圍地嘗試在人腦中植入電極。這樣做的好處顯而易見：減少其他腦區(qū)活動產(chǎn)生的電波干擾、精確定位電信號的出處。

2004年6月，馬薩諸塞州?？怂轨业?#8220;賽博動力學(xué)”公司（Cyberkinetics）為一位24歲的四肢癱瘓者馬特·內(nèi)格爾（Matt Nagle）腦中植入了一枚芯片。這枚被叫做“腦門”（BrainGate）的芯片只有藥片大小。醫(yī)生為馬特做了一個開顱手術(shù)，把“腦門”放在大腦表面。在經(jīng)過9個月的練習(xí)之后，馬特可以僅憑思考來收發(fā)電子郵件、控制一個機械手臂，甚至可以玩電腦游戲。“腦門”有96個電極，可以探測1000多個神經(jīng)元細胞的活動。將這些神經(jīng)元的活動發(fā)送出來，通過電腦的分析和處理，讓馬特獲得了更好的生活質(zhì)量。

2008年，匹茲堡大學(xué)的一項研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。他們的一個研究小組將微電極陣列植入恒河猴大腦的運動區(qū)，采集多個神經(jīng)元的放電信號，并且通過計算機轉(zhuǎn)換成電動假肢的控制命令。經(jīng)過一段時間的訓(xùn)練之后，猴子學(xué)會了直接用大腦控制假肢運動，對抓取力度和假肢運動軌跡的控制達到了很高的準(zhǔn)確度，幾乎把機械假肢當(dāng)成了自己的另一條手臂。

然而，這種方式有很明顯的風(fēng)險。即使是最樂觀的人也會謹(jǐn)慎地看待這種植入大腦的芯片，將它可能帶來的利益和生命安全放到天平的兩端時，孰輕孰重一望可知。大腦，這一標(biāo)志著地球上生物的智慧頂端的物體，并不適合隨便對其動手動腳。

畢竟大腦是一個太過于復(fù)雜的存在，以至于有人曾經(jīng)寫下一個關(guān)于大腦的悖論：“如果人類的大腦簡單得能夠讓人理解，那么人將愚蠢得不能理解自己的大腦。”然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，我們并非沒有可能打破這一悖論。如果將“了解自己”做為成為成年的標(biāo)志，那么在機器的幫助下，人類這個種族自身，也許快要迎來童年結(jié)束的那一天。

被毀滅的人

現(xiàn)今的世界上已經(jīng)有超過十萬人植入了人工耳蝸。這是一種大小和助聽器類似的小型電子設(shè)備，可以將收集到的聲音信號變成電信號，直接刺激人的聽覺神經(jīng)，從而讓失聰?shù)娜藗兡軌蚵牭铰曇?。視覺重建的研究也在進行當(dāng)中，它們可能會在將來幫助那些眼球受損的病患獲得視覺。雖然在目前的技術(shù)條件下，電子眼無論是視力還是顏色都不能和真正的人眼相提并論，但和完全失明相比，這無疑是一個比較好的選擇。而在更加負責(zé)的控制方面，人們走得還不夠遠。

今年4月，美國威斯康星州立大學(xué)麥迪遜分校的亞當(dāng)·威爾遜戴著一頂連著電線的紅帽子，只用腦電波控制，在網(wǎng)上寫了幾條短小的微博客。屏幕上的字母陣列來回閃動，看起來像是幾十年之前的古老游戲。他盯著屏幕，直到屏幕上一個個字母跳出來：“我在用大腦拼寫。”雖然速度很慢，每分鐘只能寫大概十個字母，但是這已經(jīng)是不錯的開端。澳大利亞和美國的幾家公司也已經(jīng)開發(fā)出基于EEG的腦機接口頭盔，往往安裝了十六個以上的接收電極。使用者在經(jīng)過短暫的訓(xùn)練后，可以用它來控制輪椅或者玩一些簡單的游戲。

即便速度緩慢、功能單一，但是對于那些因為意外、戰(zhàn)爭或者疾病而失去肢體活動能力的人，通過腦機接口控制的義肢可能是最有希望讓他們和正常人一樣生活的工具。幾乎可以確信，使用腦機接口的義肢已然為期不遠，我們即將擁有必將在各種方面都超過原生肢體的義肢。碳纖維、鈦合金、意識控制，接下來每個人都會想到諸如《終結(jié)者》、《攻殼機動隊》、《鋼鐵俠》或者《新世紀(jì)福音戰(zhàn)士》中的場景。當(dāng)這種期望成為現(xiàn)實，人們又將如何面對？

在去年的北京奧運會上，南非短跑運動員“刀鋒戰(zhàn)士” 奧斯卡·皮斯托留斯（Oscar Pistorius）沒能通過400米比賽的預(yù)選。起初奧委會認(rèn)為他的假肢對其他正常運動員來有著特殊的優(yōu)勢而禁止他參加預(yù)選，這一新聞登上了各大媒體的頭版頭條。奧斯卡的假肢沒有任何控制功能，僅是在性能上超過人類天生的肢體，就已經(jīng)引起如此軒然大波，那么當(dāng)更快更強、更容易控制的人工肢體可以隨意安裝和組合時，必然將會將爭論的方向引導(dǎo)到那個古老的哲學(xué)命題上：人是什么？怎樣定義“人”？

然而，哲學(xué)和倫理上的爭論最多只能暫緩科學(xué)的腳步，但卻永遠無法阻止人類的好奇心和文明發(fā)展的進程。

紀(jì)元的終結(jié)

“他小心翼翼地把黑色毛線吸汗帶系在額頭上，以免弄亂了平坦的仙臺皮膚帶。他盯著膝上的控制板，但并沒有真正看它……

……

他正在什么地方的一間刷成白色的閣樓里大笑，遠方的手指撫摸著控制板，寬慰的眼淚從臉上流了下來。”

威廉·吉布森的《神經(jīng)浪游者》，一直被認(rèn)為是賽博朋克的開山之作。這本書不僅是歷史上唯一一本獲得星云、雨果、以及菲利普·狄克三項世界科幻界最高獎的科幻作品，而且看起來相當(dāng)精確地描述了我們的發(fā)展趨勢。今天的科技必然將會過時，遲早會有那么一天，我們不再需要天生的身體，而只需要一個健全的大腦。

在《神經(jīng)浪游者》發(fā)表前幾年，美國發(fā)明家雷蒙德·科茲威爾（Raymond Kurzweil）提出了一種名為“技術(shù)奇點”（ Technological singularity）的理論，并且成功地讓著名硬科幻作家弗諾·文奇（Vernor Vinge）成為了這一理論最熱情的傳道士。科茲威爾認(rèn)為，在人類歷史上，技術(shù)發(fā)展的速度并不是均勻的，而是以一種越來越快的方式在加速發(fā)展。他找了一些在各自領(lǐng)域中做出重大突破的人和組織，請他們列出認(rèn)為人類歷史上最重要的技術(shù)突破和發(fā)明，然后把這些事件發(fā)生的時間標(biāo)在對數(shù)坐標(biāo)系上，然后吃驚地發(fā)現(xiàn)自己的直覺符合事實，人類的技術(shù)發(fā)展正在加速向著某個爆發(fā)點沖去。借用物理學(xué)上的概念，他將這個技術(shù)發(fā)展到近乎無限的點稱為“技術(shù)奇點”。之所以采用這個名字，是因為和宇宙的起點一樣，它不能用現(xiàn)在的規(guī)則來預(yù)測其結(jié)果。它將是另一種大爆發(fā)的起點。

雖然主流學(xué)界對技術(shù)奇點理論抱持著觀望的態(tài)度，但是誰都不得不承認(rèn)，科技發(fā)展正在裹挾我們轟然而去，未知的前方以越來越快的速度向我們撲面撞來，沒有人能夠閃躲。將人類的優(yōu)勢和電子設(shè)備的長處結(jié)合起來，已經(jīng)是我們習(xí)以為常的生活。為了應(yīng)對正在變得越來越快、越來越復(fù)雜的世界，人類有必要借助全新的外界幫助，正如三百萬年前的原始人需要借助石頭和火的幫助一樣。

也許，腦機接口將會是我們現(xiàn)在身處的這個信息時代的星星之火，將會終結(jié)人類作為一個自然進化物種的漫長紀(jì)元。

發(fā)于《科幻世界》

Update：其他與腦機接口的文章請見anpopo的《永不消逝的電波》和圓兒的《人腦遙控器》以及小紅豬小分隊的《生化機械人上市開賣嘍》

Update : 猶他大學(xué)開發(fā)出一種覆蓋大腦表面的微型電極，植入手術(shù)時的照片被評選為《大眾科學(xué)》雜志 “年度最驚人科學(xué)照片”之一。

Update：波士頓大學(xué)主導(dǎo)的一項研究成功地讓一位閉鎖綜合征（locked-in syndrome）患者重新恢復(fù)了發(fā)音能力。他們在病人大腦的中央前回植入電極，將截獲的腦電信號通過無線方式傳遞出來，然后再用計算機翻譯成人類語言。發(fā)音??！無線啊！

Update：今年布魯斯威利斯的電影《Surrogates》講的也是關(guān)于這個……開頭就提到了用機械手的猴子……