脑机接口，还远谈不上机器控制思想
脑机接口，还远谈不上机器控制思想
本文来自微信公众号：nextquestion（ID：gh_2414d982daee），作者：R.Douglas Firlds，译者：OrangeSoda，审校：Vicky，编辑：jiahui，Eon，原文标题：《脑机接口：用思想控制机器，还是机器控制思想？》，题图来自：作者提供
狂怒的公牛突然收回了腿。在可能会刺伤人之前，这头野兽停了下来，此刻它正用蹄子刨着地。斗牛场中，与气喘吁吁的公牛四目相对的不是斗牛士，而是西班牙神经科学家何塞·曼努埃尔·罗德里格斯·德尔加多（José Manuel Rodriguez Delgado）。在1963年的这场公众演示上，他赌上生命展示了暴力行为是如何被一个无线电控制的大脑植入系统抑制住的：他手里握着一个无线电发射器，按下上面的某个开关，便能让公牛大脑中植入的电极通电。德尔加多提出，远程控制的大脑植入系统能够抑制异常行为，从而构建一个“心理文明的社会”（psychocivilized society）。
1963年，德尔加多走进西班牙斗牛场，大胆地展示他的研究，图片来源自Yale University Library
不出所料，利用大脑植入系统和无线电波来操控人心智的可能性引发了大众的恐慌。正因如此，这一方向的研究被耽误了几十年之久。但现在这一领域迎来了复兴，目前采用的技术甚至更为先进。激光、超声、电磁脉冲、温和的交流和直流电刺激，以及其他目前被允许应用的技术。相比德尔加多在大脑中扎入的像针一样的电极，这些新技术操控脑电活动的方式要复杂得多。
特斯拉首席执行官马斯克（Elon Musk）以及脸书创始人马克·扎克伯格（Mark Zuckerberg）投入数百万美元来研发脑机接口（brain-computer interface，BCI）技术。马斯克说他想要给人类的大脑添加“超级智能层”（superintelligence layer）来抵御人工智能；而扎克伯格则希望用户能省去打字的麻烦，直接上传自己的思想和情绪。但是在这些议题中，现实和幻想很容易被混淆。这项技术究竟如何运作？还有，它能做到些什么？
1964年，德尔加多的技术能对人类大脑实施的操控就已经很惊人了。仅仅只是给植入的电极通电，他就能平息惊厥中失控的大脑，或是立刻缓解精神疾病——除此之外，他还能让某人的肢体听他的指令运动，可以让他们被性兴奋淹没，又或者将他们推入绝望的深渊。难怪人们会对这项技术感到不安。
甚至近年都还有广受尊敬的神经科学家为大家敲响警钟。2017年，《自然》期刊上发表了一篇带有警示意味的社论，向人们描绘了像《黑镜》（Black Mirror，该剧的剧情经常聚焦在精神操控技术上）剧情一样的场景。在作者描绘的场景中，一位瘫痪病人由于情绪低落，使得控制义肢的大脑植入系统突然失控，接着义肢用它的钢爪攻击了他的助手。
《黑镜》Black Museum一集中用“黑科技”让人共享感觉，意识存储等，图片来源自Charlie Brooker
这种科学怪人式的场景或许很荒谬，因为控制假肢的植入电极位于运动皮层，并不会收到情绪信息。此外，不管你在那些耸人听闻的论文中读到什么，神经科学家们目前并不知道那些在神经环路中快速传递的神经冲动的模式是如何编码思想、情绪和意图的：精神黑客的障碍更多在于生物学而不是技术层面。
一、BCI技术究竟如何运作？它能做到些什么？
目前的BCI设备是依赖数据分析来工作的，它的运作机制其实就和亚马逊试图预测你接下来想买什么书差不多。利用大脑植入系统或是穿戴式电极帽来记录大脑的电活动并传输到电脑中，电脑从数据中学习识别当一个人试图移动肢体时这些通信模式是如何改变的。
比方说，脑电波——即在大脑皮层内时时刻刻不断涌过的电流震荡，会在一个人运动某个肢体（甚至仅仅只是想象这个运动过程）的时候被抑制。这种现象反映了数千个神经元之间交流的突然改变，就像是服务生打碎了一只杯子时餐厅突然变得鸦雀无声：你无法理解不同餐桌上人们的对话，但大家突然一起安静下来便是一个明确的信号。通过扰乱大脑皮层特定的电通信，科学家们可以通过电脑来激活义肢的运动，或者是在电脑屏幕上点击一个虚拟鼠标。但即使当技术可以做到将微电极插入单个神经元时，神经科学家们还是无法像理解电脑代码一样解码神经元放电；他们需要运用机器学习来进行模式识别，建立神经元的电活动与具体的行为反应之间关联。这样的BCI运作实际上正是基于相关性，类似于我们开车时靠听发动机的声音来踩离合一样。
就像赛车手能够准确变速一样，利用这种相关方法建立人和机器的关系是非常高效的。如果义肢能将大脑的电活动与感觉运动功能匹配起来，它可能就会改变人生：让那些身患残疾或是遭受了其他神经损伤的人们重新恢复部分功能或是独立行动的能力。
二、障碍更多在于生物学，而不是技术层面
但是在这个过程中，相比于BCI设备中用到的那些酷炫技术来说，大脑自身才是大功臣。经过反反复复地试错，大脑终于实现了它想做出的反应。随着时间的流逝，它渐渐学会了产生电脑能够识别的电信号。所有这些都发生在潜意识层面，而神经科学家们并不知道大脑是如何完成这一切的，而这和那些笼罩在精神控制上的耸人听闻的恐惧和承诺都相去甚远。
但是为了避免争议，我们来想象一下神经科学家们已经弄清楚了信息是如何在神经元放电模式中编码的。接着，按照真正《黑镜》式的风格，假设我们想要通过大脑植入来插入一个外来的思想片段，我们还需要克服很多的障碍，神经科学家蒂莫西·布希曼（Timothy Buschman）如是说。布希曼正非常积极地推进采用脑记录和脑刺激进行研究。“我能明确目标脑区，但我绝不可能精确定位到某个神经元。”他告诉我，当时我们在他普林斯顿大学的实验室里，“就算是我能在每个人身上都追踪到同一个神经元，但那个神经元在不同人的脑子里的功能也会是不同的。”
不管像马斯克那样的人运用多少产业力量来推进研究这个问题，布希曼解释说从数学的角度来讲问题不在于技术，生物学才是真正的瓶颈。就算是我们将神经编码极度简化为给神经元赋予“开”（on）或“关”（off）两种状态，在仅有300个神经元的网络中，我们还是会面临2的300次方 种可能的状态——比已知宇宙中所有的原子数还要多。“要理解这样庞大数目的状态是不可能的事情。” 布希曼说道。
人类的大脑中大约有850亿神经元
图片由Janelia Research Campus研究人员拍摄
那么扎克伯格的关于用户上传思想和情绪的计划怎么样呢？毕竟直接从大脑中读取信息比将信息下载到大脑中可行性更高。的确，为了理解大脑是如何加工、储存和提取信息的，来自卡耐基梅隆大学的马塞尔·贾斯特（Marcel Just）和他的同事们目前准备通过功能性磁共振成像（Functional magnetic resonance imaging，fMRI）来揭示一个人的私密想法。他们能“读出”某个人心里在想的数字、他们正在感受的情绪，或是他们是否有自杀的念头。这种BCI读心术的实现需要让人们在fMRI机器中反复去想某个具体的想法或者认知体验。由于这些认知和情绪会激活一些特定的神经网络，最终机器学习就能分辨出特定的大脑活动模式和哪些具体的想法或者情绪相关。值得一提的是，利用大脑活动模式来“读心”放之四海皆准，与特定母语无关。
这项研究的一个意外发现是，大脑储存信息的方式并不如我们想象中那样——像是数据库中按缜密逻辑分类的一件件物品。相反，信息会被编码为综合概念，其中封存着和它相关的所有的感觉、情绪、有关体验和重要性。“意大利面”和“苹果”这两个词在逻辑上相似，都属于食物 ，但它们所激活的脑区是不同的。这解释了贾斯特为什么能采用fMRI这种耗时久、过程缓慢的方法判定一个人读到了什么内容。大脑并不像谷歌翻译那样逐字逐句地编码和存储文字信息：它会将一句话作为整体来编码。
这种读心黑科技可能听上去有点吓人。“没什么能比一个想法更加私密。”贾斯特说道。但实际上这样的恐惧毫无依据。和用于操控义肢的BCI一样，这种“读心术”非常依赖于受试者的积极配合和努力。人们能轻易挫败它，贾斯特的同事弗拉基米尔·切尔卡斯基（Vladimir Cherkassky）解释道。“我们需要受试者想象苹果六次。他们需要在第一次想象一个红色的苹果，接着是绿色苹果，可能还会想象苹果电脑，这样就行了。”
批评家们经常会援引BCI所涉及的伦理问题：失去隐私、失去个体特性、失去能动性和知情同意。他们担心人们为了提高表现而滥用BCI技术，担心自由意志会坍塌，他们还担心社会差距会让一些人没法使用这样的技术。的确，任何一种技术都可能会被心怀不轨之人滥用而造成故意的损伤。这些都是很好的观点，在技术的发展中值得考虑。但同样我们要知道，我们已经面对并接受了由其他生物医学方面的进步所带来的类似担忧，例如DNA测序、麻醉和外科手术。
陈天桥雒芊芊脑机接口中心团队研发了一种新型微创脑机接口，使用了功能性超声技术准确地绘制大脑深处精确区域的大脑活动图
对我来说，BCI，现在所带来的好处远胜于未来可能会造成的伤害。目前利用化学药品或者手术来治疗神经障碍和心理学疾病的效果严重不足。而准确地运用电来和大脑交互，以及通过监控大脑的电活动来诊断疾病展现出了很好的前景。当内森·科普兰（Nathan Copeland）通过植入他大脑运动皮层的电极控制自己的机械臂和奥巴马总统握手时，他同样也感受到了抓握感。他义肢手指上的传感器感知到了奥巴马的握力，并刺激植入他感觉皮层的电极，从而产生了抓握感。BCI还能帮助恢复视觉和听觉，生成合成的语音，帮助治疗例如强迫症、上瘾和帕金森病等疾病。
对我们所不了解的事物心生恐惧很正常。对于我们大多数人来说，对精神控制的恐惧只是一个抽象概念，但科普兰真真实实地经历过让科学家打开他的颅骨、在他的大脑中植入电极的做法。当我在2018年见到他时，他大脑中的植入系统已经因为到达寿命而被移除了。“回过头来看，”他说道，“可以的话叫我植入多少次我都愿意。”
本文来自微信公众号：nextquestion（ID：gh_2414d982daee），作者：R.Douglas Firlds