尤爾蓋恩·比索夫

無需用手，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)可以通過電腦發(fā)射信號給大腦，從而使手部肌肉運動。研究者現(xiàn)在已經(jīng)可以通過讀懂人類思維來控制肢體行動，那在不久的將來呢？

1998年夏，23歲的奧地利大學(xué)生湯姆·施威格和朋友們來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?！拔抑宦牭轿业牟弊舆青暌宦暋！睖坊貞浀馈?/p>

朋友們將湯姆拖到岸邊，立刻叫來救護車，但最終這位來自奧地利施蒂利亞州、孔武有力的陽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。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)信號也被阻斷。湯姆幾乎完全癱瘓了，腿和手都無法動彈，只能微微地動下肩膀。醫(yī)學(xué)上將他的這種癥狀稱為“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)大腦與計算機通信技術(shù)研究中心的實驗室里。為了局部恢復(fù)人體受損的運動能力，這里的科研人員已經(jīng)苦苦鉆研了25年。他們正在對神經(jīng)計算機接口和在人腦與計算機之間構(gòu)建橋梁的中間系統(tǒng)進行深入研究。

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

湯姆自1999年加入該實驗室?！拔以谶M行康復(fù)訓(xùn)練的時候，收到了實驗室的邀請函?！睖氛f，他認為如果無法回到從前的生活，就意味著必須開始新的生活。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。湯姆說他不抱怨命運，也不為自己的遭遇感到憤慨，只是有時會感到人類很無知。因為當他去醫(yī)院復(fù)檢時，醫(yī)生們總是驚訝不已，他們不敢相信一個四肢癱瘓的男人居然可以結(jié)婚生子。

湯姆自己無法控制輪椅，因此每天都由妻子西爾維婭將他推到實驗室。實驗室的氛圍總是像家一樣。這對夫婦的到來，每次都會受到校長米列爾·布茨的熱情接待，湯姆和他已經(jīng)相識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·希貝爾準備開始對湯姆進行測試。

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刺激肌肉運動的電極，其中一些電極將會使湯姆松開拳頭，另一些則會控制他的大拇指。

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位置？這就需要通過實驗測試，湯姆自己要求在手上畫上標記，他說：“這樣可以節(jié)省時間?！?/p>

為了檢測試驗結(jié)果，柯瑞格林爾開啟了按鈕，湯姆癱瘓的手指終于開始微微顫動。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著，一邊將一個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，但這個思維指令可以被計算機分解！顯示器上的綠色線條反映出湯姆的大腦發(fā)出了很強指令，計算機立即掃描指令，并將其轉(zhuǎn)化為弱電流。電流到達湯姆體內(nèi)的運動應(yīng)激系統(tǒng)，他的腿開始有了反應(yīng)。智能電腦程序讀到了湯姆的思維，當然它只能讀懂最簡單的指令，所以湯姆自己也在學(xué)習(xí)“如何思維”才能讓計算機更容易地“理解”他的指令。

除了借用思維來抬、放腿，湯姆還派出了一系列其他指令：張開手指、握住瓶子、用大拇指擠壓等，他還可以讓瓶子稍稍離開桌面。湯姆笑著說自己是世界上第一個通過思維移動物體的人！

我們不禁想問，或許對于一個四肢癱瘓這么多年的人來說，回想如何抬腿這類動作會有一定難度吧？“完全不是，”湯姆回答道，“我經(jīng)常夢到自己是如何走路，甚至是如何跑步的?！钡珜W(xué)會運用這些動作卻要難得多，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位置。

憑借思維的力量就可以使癱瘓的四肢重新運動，這的確令人感到驚奇，但這究竟該如何解釋？“非常簡單，”米列爾·布茨說，“關(guān)鍵就在于對負責(zé)發(fā)出信號的大腦區(qū)域的定位，發(fā)出指令的思維在大腦的活動區(qū)域越精確，傳感裝置捕捉到的大腦信號就越準確。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，因為手指需要思維在發(fā)出指令時，將大腦區(qū)域劃分得更細致。”

不久前用思維控制汽車還只能在好萊塢大片中實現(xiàn)，但轉(zhuǎn)眼間幻想就變成了現(xiàn)實。歐洲、中國、日本和美國早對神經(jīng)控制假體和外骨骼進行了測驗，世界各地的許多公司也正在研發(fā)電腦游戲的神經(jīng)計算機接口系統(tǒng)。柏林已經(jīng)研發(fā)出用思維控制的汽車。美國國防部也撥款給“腦機接口”研究項目——無需語言和肢體動作，只借助電磁脈沖就可以交流，人腦與計算機之間建立了直接交流與控制的通道，通過這個通道，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。

這項技術(shù)運用最廣的當然還是在醫(yī)學(xué)上。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年大約有50萬人脊柱受損，大約35萬人患上肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥，同樣的災(zāi)難也曾降臨在英國天體物理學(xué)家史蒂芬·霍金身上——大腦運動神經(jīng)元受損?；加蓄愃撇“Y的患者會肌肉萎縮，喪失言語能力，他們常常最終死于鎖閉綜合征（locked-in syndrome）——患者全癱瘓，但意識仍處于清醒狀態(tài)。閉鎖綜合征可能是由腦溢血引起的。沒有準確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但根據(jù)英國閉鎖綜合征協(xié)會專家的觀點，僅在德國就有近兩千人可能患有這樣的綜合征。據(jù)英國學(xué)者評估，其中超過40%的患者被診斷為“永久性植物狀態(tài)（Persistent Vegetative State，PVS）”，事實上等同于閉鎖綜合征。

肌肉的每一次運動都需要大腦中神經(jīng)細胞的參與。通過儀器可以將這些細胞按照電磁脈沖的固定順序進行排列。學(xué)者們通過分析得到結(jié)論：將肢體動作在大腦中重復(fù)，這些控制運動的神經(jīng)元就會被“接通”，甚至即便是身體沒有實際進行這個動作，只是通過思維重復(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，再通過電腦發(fā)出指令。人腦中有數(shù)億個可以將脈沖從一個細胞傳輸?shù)搅硪粋€細胞的神經(jīng)元和神經(jīng)鍵。大腦皮層的每個細胞都會和其他數(shù)萬細胞頻繁地進行信息互換。

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

正如我們從遠處聽到的說話聲總是千篇一律，只有走近時才能聽出差別，而且為了聽清是誰發(fā)出的聲音，我們還需要仔細地聽，學(xué)者們也得出結(jié)論：要想盡可能準確地辨別出神經(jīng)細胞的信號，需要更靠近發(fā)出信號的“源頭”。

20世紀90年代，美國國防部對神經(jīng)計算機接口系統(tǒng)產(chǎn)生了興趣，為研究工作撥款。起初他們在動物大腦深層植入微電極進行實驗，基于動物實驗的經(jīng)驗，神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家開始將癱瘓的病人做為實驗對象，他們將連接不超過100臺傳感裝置的微芯片植入了志愿者大腦中。實驗結(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械假肢和安裝了車載電腦的輪椅。

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、喪失語言能力的人的語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)過加工、整合，最終可以被改造成聲音信號。美國北卡羅來納州的研究者也通過植入芯片，用思維控制了兩只假手。

不同于美國研究者，歐洲神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家通過實驗，將外置傳感裝置固定在頭部，這種方法的優(yōu)勢顯而易見：不需要對大腦進行芯片植入手術(shù)。但外置傳感裝置在識別大腦深層組織的脈沖時無法做到十分精確，必須用計算機對感應(yīng)到的信號立即進行加工。

為了使思維與計算機“磨合”，攜帶外置傳感器的患者每周都需要進行“訓(xùn)練運動”，但訓(xùn)練內(nèi)容可以不必過于復(fù)雜：通過可以清晰獲得的大腦皮層的局部信號來調(diào)整輪椅。

湯姆在格拉茨理工大學(xué)實驗室已經(jīng)進行了兩個小時的試驗。試驗任務(wù)逐步復(fù)雜。湯姆需要用癱瘓的左手做一些動作：攥拳頭，并握住木棒，用大拇指和中指捏住細芯線。這次，在完成了右肩微微抬起和放下的動作后，要接著完成彎曲和伸展右手指。對湯姆來說，接下來的訓(xùn)練難度會越來越大。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)動作，從最簡單、最基本的一些動作開始，諸如走、抓、握，或者吞咽等。然后逐漸加大難度，每一次難度提升對患者來說都是質(zhì)的飛越，但這是一個十分痛苦且漫長的過程，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，它開始呈現(xiàn)出震動狀?！拔依哿恕！睖氛f?！敖裉炀偷竭@吧！”柯瑞格林爾回答道。

事實證明：在人腦與計算機之間通過非植入性手段建立相互作用不比通過手術(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，他們的研究團隊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“主人”下達的指令，會變得越來越“聰明”，甚至還將逐步學(xué)會自己下達指令。

德國漢堡大學(xué)附屬醫(yī)院對全身癱瘓的病人進行了神經(jīng)計算機接口系統(tǒng)的測驗，這個系統(tǒng)會對大腦向視覺中心發(fā)出的信號做出反應(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)的機械研究實驗室里，擺放著桌上彈球的游戲設(shè)備，周圍是睡覺用的桌子和監(jiān)控器。程序員米哈艾利·塔干爾曼正聚精會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個區(qū)域，分別標有對應(yīng)的字母。屏幕中央有一個光標。米哈艾利努力將思維集中到字母“M”區(qū)域，突然光標閃爍起來，開始向“M”區(qū)域移動。

“我用思維的力量移動左右手手指，”米哈艾利解釋道，“每個運動指令都通過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應(yīng)：手指向右移動，光標就右移;手指向左，光標就左移。這樣就可以打字了?！?/p>

米哈艾利通過思維的力量控制著手指，在鍵盤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)非常簡單，”研究團隊負責(zé)人克拉杜·羅博爾特·米列爾說，“三分之二身體健康的人在一小時內(nèi)就能掌握這套程序，平均每分鐘可以輸出8個字母。身體肌肉受損甚至是全身癱瘓的人也可以在一場電影的時間內(nèi)學(xué)會運用這套程序，只是他們打字還沒有那么快?！?/p>

實驗室里安裝桌上彈球的游戲設(shè)備是供練習(xí)者用來消遣的。無需用手，通過思維就可以將彈球發(fā)出。米哈艾利經(jīng)過幾次訓(xùn)練后，已經(jīng)掌握了要領(lǐng)，這樣玩游戲不會使人感到太累。

不久前一位美國的神經(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源，采用計算機斷層照相技術(shù)獲得人體內(nèi)部組織圖像的裝置）挖掘出實驗志愿者大腦中的圖像，并將其刻錄，然后借助專門的電腦程序?qū)Φ玫降臄?shù)據(jù)進行加工，志愿者思維的組織圖像就會呈現(xiàn)在顯示屏上！

一些學(xué)者認為，神經(jīng)計算機接口技術(shù)正在飛速發(fā)展中，但同時也應(yīng)當適當放緩發(fā)展的步伐。因為對這項技術(shù)感興趣的不僅是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，一些軍事項目也同樣希望將這項技術(shù)收歸門下。美國國防部國防先進技術(shù)項目研究機構(gòu)已經(jīng)對這項技術(shù)投入了數(shù)百萬美元的研究經(jīng)費，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)計算機接口技術(shù)不僅可以控制假肢，還可以控制軍事機械。

美國生物學(xué)家彼特·艾斯捷普想要做到的不僅僅是“讀”人類的思維，還要為其增加知識，給人類大腦“裝滿”數(shù)據(jù)和信息。那時，人們將會“瞬間”接受教育，健忘、神志衰弱等疾病也都將成為過去時。艾斯捷普將這種電子記憶稱為“神經(jīng)計算機接口認知”，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》]