“心想事成”

顧凡及

“心想事成”是一個常用的祝愿詞語，其意思是指心里希望的都能夠?qū)崿F(xiàn)。不過，我們這里說的“心想事成”的意思則更進了一步。也就是說，不用動手，只要腦子里想想，就把腦子里想的事給辦了。你可不要以為這只是科幻小說里才有的故事。

猴子“玩游戲”

不久前，神經(jīng)學家約翰·多諾霍在猴子的大腦中植入微型傳感器。你猜發(fā)生了什么，猴子只要“想想”而無須“動手”，就可以完成打電腦游戲的全部過程。

這是怎么一回事呢?原來，科學家一直在致力于訓(xùn)練3只獼猴學習使用一種與電腦相連的游戲操縱桿。通過控制這個操縱桿，它們就可以使一個游弋在電腦屏幕上的綠點根據(jù)自己的意愿不斷移動。如果這個綠點與科學家設(shè)置在屏幕固定位置上的紅點重合，控制操縱桿的猴子就可以得到甜美的果汁作為獎賞。

這一目標達成之后，科學家就在這3只猴子的大腦里植入了一種微型傳感器，它位于那些負責向肢體“發(fā)號施令”的大腦皮層的某一特定區(qū)域。

傳感器上的電極可以對附近腦細胞中傳輸出來的生物電信號進行篩選，并將這些信號發(fā)送至電腦中。獼猴在操縱游戲桿驅(qū)使電腦上的小綠點移動的同時，電腦便將這些代表著獼猴意愿的具體生物電信號“破譯”成電腦指令，并在兩者間建立起固定的運算關(guān)系。

在以后的實驗中，猴子即便不動，只要它“想”，電腦就可以根據(jù)以前實驗建立的程式，依據(jù)猴子的意愿使綠點與紅點重合而獲得美味的果汁。

依多亞和跑步機

2008年1月15日，在美國《紐約時報》的科學版上刊登了一篇報道，大標題是“猴子的意念驅(qū)動機器人，可能會有助于人類的一大步”。報道講的是一只名叫依多亞的猴子的故事。它在美國北卡羅來納州杜克大學尼科萊力斯博士的實驗室里，僅僅通過意念就驅(qū)動了一臺遠在日本京都的機器人“計算的腦”行走。

四五年前，尼科萊力斯博士就開始訓(xùn)練猴子通過想它自己“手”的動作，來控制遠在近千千米之外的麻省理工學院的機器手去拿東西。這種僅僅通過大腦活動去控制外部機器活動的技術(shù)，在科學上叫做“腦機接口”。這一次讓猴子用它的意念去控制遠在半個地球外的機器人行走，難度自然更大了。

尼科萊力斯博士先訓(xùn)練依多亞在跑步機上行走，要它用前肢扶著前面的橫桿用不同的步速行走，有時前進，有時后退。并且在適當?shù)臅r候給它吃葡萄干之類它喜歡的東西作為獎勵。這樣每周3天，每天訓(xùn)練15分鐘，一共訓(xùn)練了兩個月。在訓(xùn)練以前，科學家在依多亞大腦運動區(qū)中對應(yīng)于腿的部位埋藏了許多很小的電極，以同時記錄250個到300個神經(jīng)細胞的活動。有的細胞在它的踝部、膝部或者臀部運動的時候活動起來，有的則在它的腳碰到地面的時候才活動，還有一些則在它預(yù)料到要運動的時候就活動起來。在做實驗的時候，除了同時記錄這些神經(jīng)細胞的活動以外，還在它的踝部、膝部和臀部涂上戲劇化裝用的熒光涂料，并且用一臺高速攝像機把它的運動拍攝下來。

通過對上面這兩種資料的對照分析，科學家可以僅僅根據(jù)依多亞和神經(jīng)細胞的活動就在3到4秒以前以90％的精確度預(yù)測依多亞的腿要怎樣動。

現(xiàn)在回過頭來看京都那頭的機器人“計算的腦”，它是由日本尖端技術(shù)研究所的喬登·程和他的同事們發(fā)明的。只要給它適當?shù)拿?，它可以跳舞，也可以蹲下來。它的腳里埋設(shè)有傳感器，所以也能“感覺”到地面。它能非常好地模仿人的行動。

“計算的腦”會走路

到了2008年1月10日，萬事俱備了。依多亞精神抖擻，“披掛”上陣。記錄到的數(shù)據(jù)通過高速互聯(lián)網(wǎng)源源不斷地輸送到萬里之外的“計算的腦”。科學家在依多亞的前面放了一個很大的電視屏幕，這樣它可以看到機器人腿的后影。依多亞的任務(wù)就是要通過自己大腦的活動使機器人穩(wěn)步行走。如果依多亞能夠讓機器人的關(guān)節(jié)活動和自己的相應(yīng)關(guān)節(jié)的活動同步，就及時給它獎勵。

令人興奮的時刻來到了，當依多亞開步走的時候，“計算的腦”也邁開了同樣的步伐。依多亞的大腦信號傳給了機器人，而機器人行走的錄像又傳回給依多亞，這兩者之間在時間上只差了四分之一秒。這樣經(jīng)過了一個小時，研究人員給依多亞出了道難題，他們突然讓跑步機停止下來，看看依多亞會怎么辦。在場的每個人都屏住了呼吸。尼科萊力斯博士后來回憶說：“它的眼睛還是盯在機器人的腿上?！毖芯咳藛T給依多亞吃它喜歡的食物，而機器人又走了3分鐘。當依多亞的大腦信號使機器人行走時，依多亞大腦中有的神經(jīng)細胞控制自己的腿，而有的神經(jīng)細胞則控制機器人的腿。在經(jīng)過一個小時的練習和視覺反饋以后，后者的活動和機器人的腿已經(jīng)配合得很好了。

尼科萊力斯博士在訓(xùn)練猴子通過自己大腦的活動控制機器手的研究中，發(fā)現(xiàn)在猴子大腦皮層的運動區(qū)中，有20％的神經(jīng)細胞只有當機器手運動時才活動。這意味著機器手已經(jīng)變成了猴子身體的一部分，并且在大腦皮層上有了自己的代表區(qū)。

我們有希望在將來的某一天，讓癱瘓病人運用他們的意念指揮某種裝置使他們能恢復(fù)行走。埋藏在病人大腦中的電極可以把腦中的信號傳送到系在腰帶上的一個裝置里，這個裝置又發(fā)出命令驅(qū)動綁在兩條腿上的一對支架。這樣當病人想到要走的時候，就走起來了。

助人行走的“神帽”

最近，這個愿望已經(jīng)初步實現(xiàn)了?？茖W家開發(fā)出一種新的“神帽”系統(tǒng)。有了它，殘疾人就能利用自己的思想操縱機動輪椅，自由地行動。

這種“神帽”系統(tǒng)沒有采用手術(shù)植入的方式，而是采用一個裝有許多電極監(jiān)控器的帽子來監(jiān)控佩戴者腦電流的活動。實驗時，讓實驗員戴上這個“神帽”，坐在輪椅上想他將要行動的方向，系統(tǒng)就會對一個可操控輪椅的機器人發(fā)出指令，叫它如何行動。

“神帽”是怎么解決不埋藏電極而能知道人們的思想呢?秘密就在這頂裝有許多電極的帽子里。帽子上密如蛛網(wǎng)的電線將收集到的腦電波信息輸往電腦。當使用者的大腦確定向某個特定的方向運動時，就會產(chǎn)生一種特殊形狀的腦電波。換句話講，確定了腦電流圖的形狀，電腦就清楚地知道使用者所想的指令是什么，電腦軟件就可以分析使用者大腦的活動，然后通過無線連接向機器人發(fā)出行動指令。

由于一般病人不太愿意接受直接在大腦里埋電極，所以現(xiàn)在許多研究者也在嘗試把盤形電極放置在頭皮表面，以記錄腦電波來控制外界裝置。我國清華大學神經(jīng)工程實驗室的科學家已成功地利用腦電來撥打手機和驅(qū)動輪椅在室內(nèi)行駛。