隨著人工智能的發展，腦機接口也逐漸從(cong) 科幻走進現實。有人希望以此造就“超人”，更多的人則希望能夠解決(jue) 實際問題——讓盲人複明、讓癱瘓在床的患者重新走路、讓阿爾茲(zi) 海默症患者找回曾經的記憶……但也有人持有懷疑態度：腦機接口會(hui) 不會(hui) 讓別人控製自己的大腦？被人工智能增強了能力的人，還能稱之為(wei) “人”嗎？日前，北京郵電大學教授楊義(yi) 先、鈕心忻完成的科普書(shu) 《人工智能未來簡史：基於(yu) 腦機接口的超人製造願景》，對腦機接口的過去、現在和未來進行了全麵、客觀而係統的梳理。本期，我們(men) 邀請兩(liang) 位作者撰文，簡單介紹一下他們(men) 眼中的腦機接口。

　　腦機接口並不是個(ge) 新名詞

　　腦機接口就是腦係統（準確地說是以腦為(wei) 主的神經係統）與(yu) 機係統（準確地說是人造的體(ti) 外係統）之間的接口（準確地說是電子信息接口）。

　　既然是接口，腦機接口的主要任務有兩(liang) 個(ge) ：一是輸出，即把腦係統的電信號提取出來，並以此作為(wei) 控製信號或腦電信息，讓機係統去做腦係統想讓它做的事情（即意念控製）或了解腦係統的想法（即猜心術或意念通信）；二是輸入，即把機係統的指令以電信號的形式送入神經係統，讓腦係統去做機係統想讓它做的事情，或將既有知識或技能“下載”給腦係統讓它“不學而會(hui) ”。在遙遠的將來，人們(men) 或許能夠通過腦機接口實現意念通信。

　　總之，腦機接口的最核心思想是：包括大腦在內(nei) 的神經係統，其實就是像電腦一樣的信息係統，神經係統的各部分之間既接收和傳(chuan) 遞信息，又接受電信號的控製而執行相關(guan) 命令，所以，腦係統才能與(yu) 機係統彼此連接。

　　腦機接口絕非新鮮事物，其曆史之悠久可能出乎許多人的意料。早在1783年，伽伐尼用不同金屬觸碰死青蛙大腿的兩(liang) 端並引起了肌肉收縮，這其實就在無意間完成了一次腦機接口實驗。該實驗不但表明生物機體(ti) 是“發電機”，還表明電流哪怕隻是十分微弱的電流，也可引發神經的劇烈運動。

　　1818年11月，英國解剖學醫生尤爾在格拉斯大學操場上公開表演了一個(ge) 恐怖實驗，展示了電流刺激如何讓神經係統產(chan) 生預期動作。原來，經過法院特批後，尤爾對一具死刑犯的屍體(ti) 進行了通電實驗，成功地讓該屍體(ti) 產(chan) 生了諸如呼吸、抬手、蹬腿、睜眼等動作，還表現出憤怒、恐懼、絕望、痛苦、驚悚和微笑等表情。尤爾當然不是在虐待屍體(ti) 或嘩眾(zhong) 取寵，而是在嚐試把將死之人救活——實際上，正是通過這次實驗，尤爾後來發明了心髒起搏電擊法，並沿用至今。

　　從(cong) 腦機接口角度看，尤爾首次以事實證明，隻要對局部神經係統輸入合適的電信號，人體(ti) 就會(hui) 乖乖地執行相關(guan) 命令。那麽(me) ，理論上，隻要能通過外力改變相關(guan) 的電信號，就可改變運動神經的相關(guan) 動作，這便是腦機接口可以治療帕金森症等的理論基礎。若再加推廣，任何人都可以很快成為(wei) 全球第二的鋼琴家——隻需將排名第一的鋼琴家彈鋼琴時的手臂運動神經電信號，原封不動地輸入自己手臂上相應的運動神經，雙手就會(hui) 不由自主地彈出優(you) 美曲調。同時，雙手的感覺信息又會(hui) 反饋給大腦，讓大腦逐漸學會(hui) 如何向手臂發布正確命令。這就相當於(yu) 鋼琴大師以最精確的重複方式，“手把手”地教人彈鋼琴。

　　腦電波的神奇功能

　　1902年11月，德國耶拿的一家精神病院裏，一位特別膽大的醫生伯格收治了一位病人，他被擊中頭部，並在顱骨留下一個(ge) 彈孔。傷(shang) 者彈口處的皮膚雖然痊愈了，卻能被觀察到不斷跳動。伯格通過記錄頭皮跳動的波形，發現了一個(ge) 驚天秘密：該波形會(hui) 隨著患者的思想而很有規律地變化。哪怕患者隻是在聽、看、嗅、觸或做其他很微小的動作，甚至患者的情緒波動，都會(hui) 影響波形。

　　冥思苦想20餘(yu) 年後，伯格醫生於(yu) 1924年在他兒(er) 子的頭上成功進行了一次腦電檢測實驗。他將自製電流計的正負兩(liang) 極分別接在兒(er) 子的額頭和後腦勺的頭皮上，結果真的記錄到了振蕩頻率大約為(wei) 10赫茲(zi) 的神奇電波，如今這種電波稱為(wei) 伯格波。他觀察到，伯格波會(hui) 隨著受試者心理和生理情況的變化而變化，甚至哪怕隻是眨眼之類的小動作都會(hui) 讓伯格波發生變化，而正常人與(yu) 精神病患者的伯格波也不相同。

　　後來，科學家們(men) 進一步發現，從(cong) 頭皮上不同部位都可以檢測到不同頻率的電磁波，於(yu) 是便將這些頻率不同的電磁波的匯集，統稱為(wei) 腦電波。

　　隨著研究的深入，人們(men) 發現，腦電波具有眾(zhong) 多奇妙功能。比如，腦電波能預測某人的學習(xi) 潛力，特別是外語的學習(xi) 潛力。原來，如果大腦右側(ce) 顳葉和頂葉區域的β波（腦電波中的一種頻率為(wei) 14至30赫茲(zi) 的子波）很強，那很可能預示著受試者有較強的外語學習(xi) 能力；另一方麵，經過外語訓練的成年人，其β波確實會(hui) 明顯增強。

　　腦電波還能用來“猜心”——當你給一個(ge) 小孩講數學題時，怎麽(me) 知道他是否在用心聽呢？當小孩聽懂了講解時，腦電波就會(hui) 明顯活躍；如果他對講解感興(xing) 趣，其腦電波會(hui) 更加活躍；當他隻是在應付，其腦電波就會(hui) 明顯減弱。甚至，心理學家利用腦電波還能知道受試者到底是在想桌子還是椅子，或者是在想1到7中的哪個(ge) 數——受試者在冥想不同事物時，他的腦電波是不同的，隻要能得到受試者之前相應的腦電波，便可通過簡單對比而準確地猜出受試者的選擇。人們(men) 在研究中也發現，對某些特殊場景中的句子，許多人會(hui) 激發出幾乎相同的腦電波；反之，通過檢測這種腦電波是否存在，就能推斷出受試者是否正在冥想某個(ge) 句子。有人就通過這種方法，對多達240個(ge) 預定的句子完成了準確度很高的“猜心術”。

　　腦電波還可用於(yu) 簡單的意念控製。人們(men) 發現，每個(ge) 人在冥想單音節字時，所激發的腦電波幾乎各不相同，而且這種腦電波比較穩定。於(yu) 是，控製玩具車這類簡單的意念控製就比較容易實現：當你冥想前、後、左、右四個(ge) 字時，腦電波是各不相同的，而且每個(ge) 字所對應的腦電波還比較穩定，那麽(me) 隻需要利用這四個(ge) 穩定的腦電波信號，就能實現讓玩具車前、後、左、右行駛。更一般地，若某種操作的命令個(ge) 數隻是有限的N個(ge) ，那麽(me) ，隻需要經過簡單的訓練和簡單的指令信號對應，任何人都可以輕鬆完成意念控製任務。

　　反之，適當幹擾腦電波也可以影響受試者。比如，受試者麵對“蘋果”兩(liang) 字時，既可能想到香甜可口的水果，也可能想到蘋果牌電子產(chan) 品。如果適時利用一種名叫“經顱刺激”的技術來刺激受試者的美味反應區，那麽(me) ，就可讓受試者更傾(qing) 向於(yu) 將“蘋果”理解為(wei) 美食，哪怕受試者本來是想買(mai) 手機。

　　從(cong) 幻想照進現實

　　如今，科學家們(men) 已經發明了多種獲取腦電波的設備。已經投入應用的主要是針對健康人群的、精準性稍差一些的非植入式設備，比如大家經常在電視中見到的電極帽，或更加昂貴的磁共振成像儀(yi) 等。

　　近些年來，科學家和工程師們(men) 則在開發用於(yu) 特殊病人的植入式設備上花費了大量精力。這類設備被稱為(wei) 腦機芯片或幹脆簡稱為(wei) 腦機接口，它能獲得更加精準的腦電信息，也能將外界電信號更加精準地輸入大腦。實際上，早在1857年，植入式設備就被用於(yu) 獲取兔子和猴子的腦電波。但因為(wei) 安全性、倫(lun) 理性等考慮，一直沒有在人類的臨(lin) 床上取得突破。但是隨著人工智能相關(guan) 技術和工程技術、材料技術的飛速發展，不少科學家又開始了這類嚐試，例如馬斯克即將推出的腦機接口就是植入設備的典型代表。

　　如今，學術界比較一致地根據控製信息的精準程度，將腦機接口分為(wei) 宏觀型、中觀型和微觀型三大類。其中，宏觀型腦機接口傳(chuan) 遞的信息主要是腦電波。此類腦機接口的特點是：原理簡單，一說就懂；實現不難，而且已經或正在許多領域中廣泛使用；精度不夠，既不能實現複雜而精準的意念控製，更不是今後意念通信的備選方案。

　　微觀型腦機接口是與(yu) 宏觀型腦機接口相對的另一個(ge) 極端，它們(men) 傳(chuan) 遞的信息主要是神經元個(ge) 體(ti) 或群體(ti) 的電特性。它們(men) 將是未來研究的難點和重點，一旦實現，將極大地改變人類的現狀，但我們(men) 也必須承認，或許在可見的將來，這都還隻能是夢想。我們(men) 在《人工智能未來簡史》一書(shu) 中用四句話來描述微觀型腦機接口：不是科幻勝似科幻，腦電之妙玄之又玄；人性自足不假外延，格物致知重在內(nei) 涵。

　　中觀型腦機接口介於(yu) 宏觀型和微觀型之間。與(yu) 宏觀型相比，中觀型腦機接口將宏觀的體(ti) 外腦電波替換為(wei) 顱腔內(nei) 的“大腦地圖”，即大腦中與(yu) 物理位置相關(guan) 的一些電信號。若幹年來，科學家們(men) 經過反複探測，獲得了一些電信號。比如，刺激某個(ge) 位置的神經時，受試者會(hui) 有幸福感；刺激另一個(ge) 位置，受試者則會(hui) 在某個(ge) 指尖上產(chan) 生觸摸感等。基於(yu) 這類研究，科學家們(men) 不斷繪製更詳細的“大腦地圖”。可以想見，隻要能足夠精準地獲得某人某時的“大腦地圖”，便可在一定程度上實時了解受試者的某些感覺；同樣，隻要掌握好電信號的刺激位置、時機、電流強度等，便可以讓受試者產(chan) 生相應的感覺，或對肢體(ti) 發出相應的控製命令等。

　　如今，科學家們(men) 已經在中觀型腦機接口上取得了突破性進展。比如，讓盲人“看見”東(dong) 西。具體(ti) 來說，就是讓攝像機將圖像切割成20×20的400個(ge) 點陣，並根據每個(ge) 點陣的亮度，在皮膚的相應點陣位置上產(chan) 生相應強度的震動。於(yu) 是，經過適當訓練後，受試者不用“眼見為(wei) 實”，就能在頭腦中形成明暗不同的點陣圖像，從(cong) 而以黑白圖像的方式識別出不同的麵孔，知道物體(ti) 的遠近，觀察到物體(ti) 的旋轉及形狀變化，了解當前的觀察角度；甚至還能像常人那樣，通過想象“看見”物體(ti) 被遮擋的部分。

　　腦機接口展現了無限可能，吸引著科學家們(men) 前赴後繼，不懈攻關(guan) ，也將是國際競爭(zheng) 的焦點。未來，就從(cong) 今天開始。

　　　　（作者：楊義(yi) 先、鈕心忻，均係北京郵電大學教授）