思维的力量

尤尔盖恩·比索夫

无需用手，仅凭思维的力量控制轮椅、玩桌游，这已不再是幻想。现代技术可以通过电脑发射信号给大脑，从而使手部肌肉运动。研究者现在已经可以通过读懂人类思维来控制肢体行动，那在不久的将来呢？

1998年夏，23岁的奥地利大学生汤姆·施威格和朋友们来到马耳他岛的海边玩耍。突然，凶猛的海浪将汤姆掀翻，他头冲下栽倒在浅滩上。“我只听到我的脖子咔嚓一声。”汤姆回忆道。

朋友们将汤姆拖到岸边，立刻叫来救护车，但最终这位来自奥地利施蒂利亚州、孔武有力的阳光小伙子还是在一夜之间变成了颓丧的残疾者。这次意外使汤姆的部分脊柱断裂，他什么都做不了，甚至不能迈步、不能拿书。由于小脑和脖颈间的脊椎遭受了致命的创伤，大脑向身体肌肉组织发出的神经信号也被阻断。汤姆几乎完全瘫痪了，腿和手都无法动弹，只能微微地动下肩膀。医学上将他的这种症状称为“四肢麻痹（或全麻痹）”。

15年后，汤姆坐在了奥地利南部城市格拉茨理工大学大脑与计算机通信技术研究中心的实验室里。为了局部恢复人体受损的运动能力，这里的科研人员已经苦苦钻研了25年。他们正在对神经计算机接口和在人脑与计算机之间构建桥梁的中间系统进行深入研究。

奥地利的这种神经计算机接口可以“扫描”患者大脑的神经信号，并借助电磁脉冲将其发送到瘫痪的四肢，或是通过电脑指令改变大脑发出的神经信号，实现对残疾者轮椅的操控。这项技术不需要在病人大脑植入任何电极，只需在头上固定一个传感器，连接测量脑电图的仪器，最终通过皮肤就可以捕捉到大脑脉冲。

汤姆自1999年加入该实验室。“我在进行康复训练的时候，收到了实验室的邀请函。”汤姆说，他认为如果无法回到从前的生活，就意味着必须开始新的生活。目前，汤姆已经顺利拿到了地理学学位，还结了婚，成为了两个孩子——汤米和朱莉安娜的父亲，大孩子现在已经四岁半了。汤姆说他不抱怨命运，也不为自己的遭遇感到愤慨，只是有时会感到人类很无知。因为当他去医院复检时，医生们总是惊讶不已，他们不敢相信一个四肢瘫痪的男人居然可以结婚生子。

汤姆自己无法控制轮椅，因此每天都由妻子西尔维娅将他推到实验室。实验室的氛围总是像家一样。这对夫妇的到来，每次都会受到校长米列尔·布茨的热情接待，汤姆和他已经相识15年了。两位科研人员——亚历克斯·柯瑞格林尔和心理学家汉娜·希贝尔准备开始对汤姆进行测试。

柯瑞格林尔给汤姆戴上了带有传感器、用导线连接着电脑的弹力紧帽，然后在汤姆手上固定了用来刺激肌肉运动的电极，其中一些电极将会使汤姆松开拳头，另一些则会控制他的大拇指。

想要让汤姆攥拳头，只需要几根电极就可以立即做到。但怎么确定电极要固定到汤姆手上具体哪个位置？这就需要通过实验测试，汤姆自己要求在手上画上标记，他说：“这样可以节省时间。”

为了检测试验结果，柯瑞格林尔开启了按钮，汤姆瘫痪的手指终于开始微微颤动。汤姆看看大家，露出了笑容。

“太好了！我们继续！”柯瑞格林尔一边兴奋地说着，一边将一个装满水的绿色塑料瓶放到桌上。汤姆努力地想要抬腿，大脑不断向肌肉组织发出指令，尽管他不可能直接做到，但这个思维指令可以被计算机分解！显示器上的绿色线条反映出汤姆的大脑发出了很强指令，计算机立即扫描指令，并将其转化为弱电流。电流到达汤姆体内的运动应激系统，他的腿开始有了反应。智能电脑程序读到了汤姆的思维，当然它只能读懂最简单的指令，所以汤姆自己也在学习“如何思维”才能让计算机更容易地“理解”他的指令。

除了借用思维来抬、放腿，汤姆还派出了一系列其他指令：张开手指、握住瓶子、用大拇指挤压等，他还可以让瓶子稍稍离开桌面。汤姆笑着说自己是世界上第一个通过思维移动物体的人！

我们不禁想问，或许对于一个四肢瘫痪这么多年的人来说，回想如何抬腿这类动作会有一定难度吧？“完全不是，”汤姆回答道，“我经常梦到自己是如何走路，甚至是如何跑步的。”但学会运用这些动作却要难得多，例如，为了让手指触碰到物体，需要用思维的力量使手指移动位置。

凭借思维的力量就可以使瘫痪的四肢重新运动，这的确令人感到惊奇，但这究竟该如何解释？“非常简单，”米列尔·布茨说，“关键就在于对负责发出信号的大脑区域的定位，发出指令的思维在大脑的活动区域越精确，传感装置捕捉到的大脑信号就越准确。因此光从技术角度看，汤姆用思维控制腿就比控制手指更容易，因为手指需要思维在发出指令时，将大脑区域划分得更细致。”

不久前用思维控制汽车还只能在好莱坞大片中实现，但转眼间幻想就变成了现实。欧洲、中国、日本和美国早对神经控制假体和外骨骼进行了测验，世界各地的许多公司也正在研发电脑游戏的神经计算机接口系统。柏林已经研发出用思维控制的汽车。美国国防部也拨款给“脑机接口”研究项目——无需语言和肢体动作，只借助电磁脉冲就可以交流，人脑与计算机之间建立了直接交流与控制的通道，通过这个通道，人可以直接将“发件人”大脑发出的信息输送到“收件人”的大脑中。

这项技术运用最广的当然还是在医学上。据统计，全世界每年大约有50万人脊柱受损，大约35万人患上肌萎缩性脊髓侧索硬化症，同样的灾难也曾降临在英国天体物理学家史蒂芬·霍金身上——大脑运动神经元受损。患有类似病症的患者会肌肉萎缩，丧失言语能力，他们常常最终死于锁闭综合征（locked-in syndrome）——患者全瘫痪，但意识仍处于清醒状态。闭锁综合征可能是由脑溢血引起的。没有准确的统计数据，但根据英国闭锁综合征协会专家的观点，仅在德国就有近两千人可能患有这样的综合征。据英国学者评估，其中超过40%的患者被诊断为“永久性植物状态（Persistent Vegetative State，PVS）”，事实上等同于闭锁综合征。

肌肉的每一次运动都需要大脑中神经细胞的参与。通过仪器可以将这些细胞按照电磁脉冲的固定顺序进行排列。学者们通过分析得到结论：将肢体动作在大脑中重复，这些控制运动的神经元就会被“接通”，甚至即便是身体没有实际进行这个动作，只是通过思维重复。

其中最复杂的环节是将一连串神经脉冲集合成统一信号，再通过电脑发出指令。人脑中有数亿个可以将脉冲从一个细胞传输到另一个细胞的神经元和神经键。大脑皮层的每个细胞都会和其他数万细胞频繁地进行信息互换。

大脑中细胞间的这种交流甚至在人进入睡眠状态时也不停止。难怪一些神经系统科学家将这种大脑信号流称之为“鸡尾酒晚宴”。

正如我们从远处听到的说话声总是千篇一律，只有走近时才能听出差别，而且为了听清是谁发出的声音，我们还需要仔细地听，学者们也得出结论：要想尽可能准确地辨别出神经细胞的信号，需要更靠近发出信号的“源头”。

20世纪90年代，美国国防部对神经计算机接口系统产生了兴趣，为研究工作拨款。起初他们在动物大脑深层植入微电极进行实验，基于动物实验的经验，神经系统科学家开始将瘫痪的病人做为实验对象，他们将连接不超过100台传感装置的微芯片植入了志愿者大脑中。实验结果令所有人都兴奋不已：植入微芯片后，患者成功地做到了用思维控制机械假肢和安装了车载电脑的轮椅。

神经系统科学家菲利普·盖聂基将因交通事故导致四肢瘫痪、丧失语言能力的人的语言功能又重新还给了他们。他在他们的大脑中植入了可以“读思维”的系统，思维经过加工、整合，最终可以被改造成声音信号。美国北卡罗来纳州的研究者也通过植入芯片，用思维控制了两只假手。

不同于美国研究者，欧洲神经系统科学家通过实验，将外置传感装置固定在头部，这种方法的优势显而易见：不需要对大脑进行芯片植入手术。但外置传感装置在识别大脑深层组织的脉冲时无法做到十分精确，必须用计算机对感应到的信号立即进行加工。

为了使思维与计算机“磨合”，携带外置传感器的患者每周都需要进行“训练运动”，但训练内容可以不必过于复杂：通过可以清晰获得的大脑皮层的局部信号来调整轮椅。

汤姆在格拉茨理工大学实验室已经进行了两个小时的试验。试验任务逐步复杂。汤姆需要用瘫痪的左手做一些动作：攥拳头，并握住木棒，用大拇指和中指捏住细芯线。这次，在完成了右肩微微抬起和放下的动作后，要接着完成弯曲和伸展右手指。对汤姆来说，接下来的训练难度会越来越大。脑损伤患者想要触发控制其手部肌肉的神经系统，要重新学习动作，从最简单、最基本的一些动作开始，诸如走、抓、握，或者吞咽等。然后逐渐加大难度，每一次难度提升对患者来说都是质的飞越，但这是一个十分痛苦且漫长的过程，他们要在精神上足够积极。显示器上的绿色电波显示着汤姆思维的集中程度，它开始呈现出震动状。“我累了。”汤姆说。“今天就到这吧！”柯瑞格林尔回答道。

事实证明：在人脑与计算机之间通过非植入性手段建立相互作用不比通过手术植入神经假体的效用差。在瑞士洛桑，在何西和米拉纳的带领下，他们的研究团队终于研制出人工智能轮椅。这种轮椅可以逐步“学习”如何更好地领会“主人”下达的指令，会变得越来越“聪明”，甚至还将逐步学会自己下达指令。

德国汉堡大学附属医院对全身瘫痪的病人进行了神经计算机接口系统的测验，这个系统会对大脑向视觉中心发出的信号做出反应，从而也可以发出一系列思维指令。在柏林工业大学的机械研究实验室里，摆放着桌上弹球的游戏设备，周围是睡觉用的桌子和监控器。程序员米哈艾利·塔干尔曼正聚精会神地观察着面前的监控器。米哈艾利头上戴着由128根导线连接着电脑的弹力紧帽。屏幕被划分为6个区域，分别标有对应的字母。屏幕中央有一个光标。米哈艾利努力将思维集中到字母“M”区域，突然光标闪烁起来，开始向“M”区域移动。

“我用思维的力量移动左右手手指，”米哈艾利解释道，“每个运动指令都通过患者头上的电极帽以固定的电磁脉冲输送到瘫痪的身体各部分的肌肉。电磁脉冲与电脑各指令相对应：手指向右移动，光标就右移;手指向左，光标就左移。这样就可以打字了。”

米哈艾利通过思维的力量控制着手指，在键盘上一行一行地敲击着。5分钟后，他终于打出一句话：“思想是自由的”。

“我们的系统非常简单，”研究团队负责人克拉杜·罗博尔特·米列尔说，“三分之二身体健康的人在一小时内就能掌握这套程序，平均每分钟可以输出8个字母。身体肌肉受损甚至是全身瘫痪的人也可以在一场电影的时间内学会运用这套程序，只是他们打字还没有那么快。”

实验室里安装桌上弹球的游戏设备是供练习者用来消遣的。无需用手，通过思维就可以将弹球发出。米哈艾利经过几次训练后，已经掌握了要领，这样玩游戏不会使人感到太累。

不久前一位美国的神经系统科学家成功将思维的组织图像转换为可以被肉眼看到的图像。研究人员利用磁共振断层x光摄影装置（一种以磁共振为信号源，采用计算机断层照相技术获得人体内部组织图像的装置）挖掘出实验志愿者大脑中的图像，并将其刻录，然后借助专门的电脑程序对得到的数据进行加工，志愿者思维的组织图像就会呈现在显示屏上！

一些学者认为，神经计算机接口技术正在飞速发展中，但同时也应当适当放缓发展的步伐。因为对这项技术感兴趣的不仅是医学领域，一些军事项目也同样希望将这项技术收归门下。美国国防部国防先进技术项目研究机构已经对这项技术投入了数百万美元的研究经费，他们的目的不仅限于减轻伤残老战士的生活痛苦，理论上，借助神经计算机接口技术不仅可以控制假肢，还可以控制军事机械。

美国生物学家彼特·艾斯捷普想要做到的不仅仅是“读”人类的思维，还要为其增加知识，给人类大脑“装满”数据和信息。那时，人们将会“瞬间”接受教育，健忘、神志衰弱等疾病也都将成为过去时。艾斯捷普将这种电子记忆称为“神经计算机接口认知”，这是目前的科学假设，但在不久之前用思维的力量控制轮椅也只是一种科学假设。

[译自俄罗斯《GEO》]