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脑机接口发展史3:读取思维,写入感知及伦理的深渊

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作者:奶树


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如果说我们上一期说的无创脑机接口是在颅骨之外“窃听”大脑的嘈杂合唱,那么侵入式脑机接口则是将麦克风直接伸入大脑内部,去捕捉单个神经元的私语。

这种方式虽然伴随着手术风险,但其获取信息的精度和带宽却远非无创技术可比。它不仅能“读取”大脑的指令,还能向大脑“写入”信息,创造出前所未有的感知。

然而,当我们打开这扇通往心智核心的大门时,问题也随之而来:在科幻照进现实的激动之余,我们是否也正凝视着伦理的深渊?

但我们还是先来看看,研究者是怎么开始侵入式脑机接口的研究的吧。

输出:当神经元脱离肉体

侵入式脑机接口的基础,是能够精确记录单个神经元的放电活动。在脑电图(EEG)发明后不久,科学家就开发出了可以插入大脑深处的微电极。一个奠基性的问题随之而来:大脑的指令一定需要身体来执行吗?我们能否训练神经元独立“思考”?

1969年,美国华盛顿大学的科学家埃伯哈德·费茨(Eberhard Fetz)进行了一项巧妙的猕猴实验。他将一根微米级的电极插入猴子大脑中控制手臂运动的皮层区域。与传统训练猴子完成某个动作就给予奖励不同,费茨的设计是:只要电极检测到这个神经元的放电强度达到某个阈值,就自动给猴子奖励。


埃伯哈德·费茨

起初,猴子有些困惑,但仅仅过了10到30分钟,它似乎就掌握了诀窍。它发现,自己或许只需“想一下”移动手臂,甚至无需真的移动,喂食器里就会出现美味的果汁。实验数据显示,这个神经元的放电强度比初始时增强了50到500倍。

几年后,费茨进一步将猴子的手臂用石膏固定,结果发现,猴子在手臂完全不动的情况下,仅用15分钟就学会了让目标神经元高强度放电。

这个实验革命性地证明了:神经元的活动可以和它所控制的身体功能分离开来。 大脑具有惊人的可塑性,它能学会直接控制一个抽象的电子信号。

这一发现为所有后续的“意念控制”研究铺平了道路——我们植入大脑运动皮层的电极,不仅可以用来控制自身的手臂,同样可以被大脑学会用来控制电脑光标、机械臂,乃至任何外部设备。

为了捕捉更复杂的意图,单根电极显然不够。随着半导体技术的发展,科学家们开发出了多通道的微电极阵列。

其中最著名的两种,一种是由密歇根大学开发的“密歇根电极”,它是一维或二维的平面电极;另一种则是由理查德·诺曼(Richard A. Normann)教授发明的“犹他阵列”(Utah Array),它如同一个微型钉板,由100个(96个记录电极)1.5毫米长的硅微针组成,能够同时记录大脑皮层深处大量神经元的活动。正是这些工具,让读取复杂的思维模式成为可能。


密歇根电极


犹他电极

从意念喝水到远程“化身”

有了多通道电极这一利器,科学家们得以将费茨的设想推向了令人惊叹的新高度。其中,巴西裔科学家米格尔·尼科莱利斯(Miguel Nicolelis)和他团队的一系列实验,如同直接从科幻小说中走出的情节。

故事的起点是一只小鼠。实验人员首先训练小鼠按下一个控制杆来获取饮水。与此同时,植入小鼠运动皮层和丘脑的数十个电极正在实时记录与“按压”这个动作相关的神经放电模式。


小鼠按压控制杆示意图

当人工智能算法完全学会了这套“意念密码”后,真正的好戏上演了:实验人员悄悄切断了控制杆与饮水装置的物理连接,转而让小鼠的脑电信号直接控制水龙头。

起初,小鼠有些迷惑,它依然在卖力地按着那个已经失效的控制杆。但它慢慢发现,似乎自己不必真的按下,甚至只需把爪子搭在上面,刚产生一个“要喝水”的念头,水就自己流出来了。最终,在实验记录中,有11次操作,小鼠的身体纹丝未动,但它的大脑信号却成功为自己取来了水。

它学会了用意念喝水。

如果说小鼠的实验证明了大脑可以适应控制外部设备,那么2003年一只名叫“奥罗拉”的猴子,则向世界展示了大脑可以“拥有”一个远方的化身。奥罗拉的任务是用操作杆控制屏幕上的光标。


奥罗拉操纵光标(操作杆在她的左手)

它头上的80个电极将其复杂的运动意图,通过局域网实时发送到隔壁房间的一只机械臂上,机械臂则精准地模仿着它的每一个动作。

实验的转折点发生在研究人员切断操作杆,并将隔壁机械臂的动作反馈到奥罗拉眼前的屏幕上时。奥罗拉很快察觉到异样:为什么屏幕上的光标移动似乎总比我的手快半拍?在短暂的困惑后,它做出了一个惊人的决定——它慢慢垂下了自己的手臂,完全停止了物理操作,仅凭意念,继续在屏幕上自如地移动光标,完成游戏任务。


奥罗拉脑控光标(注意她的左手那,没有操纵杆了)

那一刻,隔壁房间的机械臂成为了它延伸的意念之手。这发生在2003年,比马斯克那只名声大噪的“乒乓猴”早了整整18年。

最令人震撼的实验发生在2007年。尼科莱利斯团队与日本京都大学合作,进行了一场跨越太平洋的“心灵传输”。在美国,一只名叫“伊多亚”的猴子被训练在跑步机上行走,它的大脑信号被实时解码;在日本,一台名为CB-I的人形机器人正静静待命。通过一条专用的高速网络,伊多亚的行走意图被瞬间传到日本。


伊多亚控制万里之外的机器人

最终,体重仅5.5千克的猕猴,用它的大脑电活动,实时控制着地球另一端那台重达91千克的人形机器人,迈出了与灵长类动物别无二致的步伐。正如当时尼科莱利斯所言:“这是机器人迈出的一小步,却是灵长类迈出的一大步。”

输入:被遥控的斗牛与老鼠

既然能读取大脑的输出,我们能否反向给大脑输入信号,从而控制行为或创造感知?

这个疯狂想法最早的实践者,是一位充满争议的西班牙科学家——何塞·德尔加多(José Manuel Rodríguez Delgado)。

1969年,德尔加多在一场斗牛表演中,面对一头冲来的公牛,他没有闪躲,而是按下了手中的一个遥控器。公牛在离他咫尺之遥的地方,猛然停下脚步,温顺地转过头。


德尔加多控制公牛的画面

秘密在于公牛大脑里预先植入的电极。德尔加多通过遥控器激活了植入公牛尾状核(一个与运动控制相关的脑区)的电极,发出的电信号抑制了公牛的攻击行为。

德尔加多还曾对猴群进行实验,他让一只地位较低的母猴掌握一个按钮,只要按下按钮,猴王阿里大脑中的电极就会被激活,其攻击性便会消失。很快,这只母猴就学会了以此来“管理”猴王,整个猴群的社会结构也因此被改变。

德尔加多的本意是希望通过这种“心灵物理控制”的方法治疗癫痫或精神分裂症,但他充满噱头的书名和实验,恰逢中情局“精神控制”丑闻曝光的年代,使他饱受非议,被视为危险的疯子。

然而,这一技术路线并未就此终结。2002年,科学家约翰·蔡平(John Chapin)在美国国防部的机器人挑战赛上,带来了一只“机器鼠”(Robo-rat)。

这只老鼠背着一个小背包,里面装着电极接收器。蔡平通过电脑上的三个按钮,就能精准地指挥老鼠前进、左转、右转,轻松穿越复杂的障碍赛道。


机器鼠操控的路线图

其原理是:两根电极植入老鼠对应左右胡须的感觉皮层,刺激左边电极,老鼠会以为左边有障碍物而向右转,反之亦然。第三根电极则植入大脑的“奖励中枢”,当老鼠前进或转对了方向,就给予电刺激,带来愉悦感,以此作为“奖励”。这个实验清晰地表明,通过向大脑精确“写入”感觉和奖励信号,可以实现对生物体的复杂行为控制。

从脑脑直连到伦理的深渊

既然可以读和写,那么将两个大脑直接连接起来呢?

前面提到的米格尔·尼科莱利斯(Miguel Nicolelis)在2013年实现了这一构想。他将两只老鼠的大脑通过计算机连接。第一只“编码鼠”通过胡须判断一个洞口的大小,其大脑产生的相应电信号被读取、解码,然后转化为刺激信号,“写入”到第二只“解码鼠”的大脑中。解码鼠根据接收到的信号做出选择,如果选择正确,两只老鼠都能获得奖励。实验证明,这种“脑对脑”的直接信息传递是可行的。


脑对脑控制实验

这些看似充满未来感的实验,在展示技术无限可能性的同时,也推开了一扇令人不安的大门。如果技术可以控制动物,是否也能控制人类?

一个真实且令人警醒的案例发生在上世纪六七十年代。

美国医生罗伯特·希思(Robert Heath)为了“治疗”同性恋,将电极植入一位代号为B-19的年轻人的大脑“快乐中枢”(伏隔核)。他强迫B-19观看异性恋影像,并在其感到厌恶时,让他自己按下按钮,通过电刺激获得强烈的快感。在长达三小时的“治疗”中,B-19按下了1500次按钮,并最终表现出对女性的“兴趣”。

这个实验如今看来令人毛骨悚然。它利用了大脑最底层的奖励机制,强行扭曲一个人的内在情感与认同。这不再是治疗,而是彻头彻尾的精神控制。它赤裸裸地揭示了侵入式脑机接口最危险的一面:当技术有能力直接操纵我们的感知、情绪和欲望时,谁来定义“正常”?谁来划定“治疗”与“控制”的边界?

当我们的思维可以被量化为数据,隐私将如何保障?当这项技术可能带来智力或感知的增强,社会公平又将如何维持?当外部设备能深刻影响我们的心智,那个“我”还是纯粹的“我”吗?这些问题,远比技术实现本身更为复杂和紧迫。

侵入式脑机接口是一把双刃剑,它既有潜力修复破碎的人生,也有可能被用于制造最深重的违规。在我们迈向这个勇敢新世界的每一步,都必须伴随着最审慎的伦理反思。

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