張雨晨

一、傳奇的誕生

大衛(wèi)·馬丁內(nèi)斯，夜之城的傳奇。

他原本只是一位平凡的單親家庭叛逆少年，卻憑借聰明的頭腦和母親的勉力支持，在統(tǒng)治夜之城的荒坂公司接受教育。然而，他的“做題家”道路卻被一場突如其來的街頭幫派火并化為灰燼。母親葛洛莉亞的慘死，讓這個本就經(jīng)濟拮據(jù)的家庭徹底斷了資金鏈。大衛(wèi)不得不從令人艷羨的荒坂學(xué)院退學(xué)，并因房租到期面臨流落街頭的慘淡未來。

直到他從母親的遺物中翻出一件改變他余生命運的科技造物——名為“斯安威斯坦”的軍用級人造脊椎。這是一種可以極大增強植入者反應(yīng)速度與運動能力的機械植入物。身為急救員的葛洛莉亞利用職務(wù)之便，從一具因植入這一強力設(shè)備而失控暴走的“賽博精神病”暴徒尸體上偷偷回收了它，并打算在黑市出手以支付兒子的昂貴學(xué)費。

大衛(wèi)·馬丁內(nèi)斯和人造脊椎“斯安威斯坦”

但此時走投無路的大衛(wèi)，做出了一個更瘋狂的選擇：他并未將這個全城各方勢力都在追查下落的燙手山芋出手換錢，而是通過相熟的義體改造醫(yī)生，直接把這件常人根本無法駕馭的危險造物植入了自己的后背。

夜之城的平凡少年大衛(wèi)·馬丁內(nèi)斯，從此披上母親的明黃色急救員外套，向著成為傳奇的宿命踏出了無法回頭的第一步。隨后，初入江湖并小試身手的少年邂逅了一位有著月白色秀發(fā)的神秘女黑客——露西，并加入了她所在的城市傭兵小隊，正式成為一名行走于秩序、科技與人性邊緣的“賽博朋克（cyberpunk）”。作為故事女主角的露西，雖然也對身體進行了必要的戰(zhàn)斗改造，但更精于網(wǎng)絡(luò)電磁空間的信息攻防戰(zhàn)和情報挖掘竊取。

而所有這些賽博“武功”的本質(zhì)，都是大腦對機械設(shè)備的指令輸出與反饋感知。這也是現(xiàn)實中的腦機接口（brain-computer?interface，?BCI）技術(shù)從誕生起就確立的核心目標(biāo)。

自從工業(yè)革命讓人類見識了機械的超人力量，渴望與機械融為一體的愿望就深植于人類心中。1960年，在冷戰(zhàn)、太空競賽、左翼運動等人類社會宏大實踐的陰影之下，一篇短小的論文悄然發(fā)表——《賽博格和太空》（Cyborgs?and?Space），簡潔的題目直接宣告了人機結(jié)合的“賽博格（Cyborg）”作為一個嚴(yán)肅科學(xué)概念的誕生。這篇論文主要討論了人類進入宇宙后，通過外接設(shè)備適應(yīng)極端環(huán)境、擴展各項機能的可能性。注意，它的發(fā)表時間甚至早于蘇聯(lián)進行的人類首次載人航天發(fā)射（1961年4月12日）。

作為賽博格的核心技術(shù)，通過讀取人腦神經(jīng)活動加以解析，最后輸出數(shù)字信號操縱外接機械設(shè)備的腦機接口，自然受到了研究者和公眾的一致關(guān)注。

進入70年代，一向以盛產(chǎn)“黑科技”著稱的美國國防部先進研究項目局，聯(lián)合加州大學(xué)洛杉磯分校進行了第一個現(xiàn)代意義的腦機接口開發(fā)項目。其主要目的，是通過分析腦電圖的信號來研究人類思維活動的機制，甚至希望能進一步讓飽受創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）摧殘的越戰(zhàn)老兵恢復(fù)生活能力。

顯然，如今我們知道，這個項目盲目樂觀了。人腦的復(fù)雜、精巧和脆弱，遠(yuǎn)非人類當(dāng)前技術(shù)可以完全駕馭。

二、傳奇的幕后此岸之腦

想要了解腦機接口，就要先了解大腦。

人類的大腦由八百六十億個神經(jīng)細(xì)胞組成。其中絕大部分是主要執(zhí)行支持、免疫等功能的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，只有大約十分之一是負(fù)責(zé)傳遞與加工信息的神經(jīng)元。這些神經(jīng)元的造型往往“張牙舞爪”，會從平均直徑約十微米的胞體上發(fā)散出細(xì)長的神經(jīng)纖維，并分化為接受信息輸入的“樹突”和負(fù)責(zé)輸出信息的“軸突”，再彼此對接形成名為“突觸”的單向信息傳輸節(jié)點。

當(dāng)一個神經(jīng)元的樹突末梢接收到上一個神經(jīng)元軸突末梢分泌的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)后，就會通過開關(guān)細(xì)胞膜上的離子通道，形成一個沿著樹突向胞體傳導(dǎo)的神經(jīng)電信號。當(dāng)樹突的輸入信號不斷積累到某個閾值時，神經(jīng)元整體就會在幾乎一瞬間爆發(fā)出波峰極為高聳的電脈沖信號——“動作電位”，并以1m/s到100m/s之間的速度沿著軸突快速向下傳遞，最后作用于軸突末梢，向下一個神經(jīng)元釋放神經(jīng)遞質(zhì)。當(dāng)然，也有一些神經(jīng)元即便不接受外部刺激也會主動發(fā)放信號，比如自己的軸突分出一支反接回自己的樹突，形成自我刺激循環(huán)。因此，有些神經(jīng)元的軸突也會釋放抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，讓這些“自說自話”的神經(jīng)元暫時“閉嘴”。

神經(jīng)細(xì)胞

簡而言之，神經(jīng)元就是通過這樣的“化學(xué)—電—化學(xué)”信號鏈，完成了興奮/抑制信號在彼此之間的傳遞。它們的功能本質(zhì)上非常簡單，就是對輸入信息進行累計匯總，進入興奮或抑制狀態(tài)，并進一步調(diào)整向其他神經(jīng)元的信號輸出。但是，就像造型簡單的大理石塊可以構(gòu)建起宏偉華麗的殿堂，當(dāng)各種神經(jīng)元以堪比九天銀河的規(guī)模組織起來后，知覺、情緒、記憶、意識和理性等思維現(xiàn)象，就會如冰山一般從這片腦“?！敝杏楷F(xiàn)。

神經(jīng)生物學(xué)與認(rèn)知科學(xué)，就是研究這片“靈魂之海”的學(xué)科。其中，對神經(jīng)元電信號的采集讀取和分析，是極為重要的研究手段。這門專注于研究神經(jīng)元電信號的子學(xué)科，便是電生理學(xué)（Electrophysiology），也是腦機接口的科學(xué)基礎(chǔ)。

彼岸之橋

大體來說，腦機接口可以根據(jù)電生理信號的采集方式，分為侵入式與非侵入式兩類。

侵入式腦機接口最典型的手段就是在大腦中植入電極，主要采用金屬電極。這些高硬度金屬絲外側(cè)包裹著絕緣層，只會在末端打磨出最多幾微米的裸露金屬尖端，就像插入大腦的微型鉛筆。

早在20世紀(jì)60年代，休伯爾（D.?H.?Hube）與威澤爾（T.?N.?Wiesel）等神經(jīng)科學(xué)先驅(qū)，就通過向?qū)嶒瀯游锏拇竽X植入金屬電極，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的活動狀態(tài)與特定的感官輸入或行為輸出高度相關(guān)。腦內(nèi)神經(jīng)元活動與外部事件之間的投射對應(yīng)關(guān)系，就是腦機接口技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

侵入式腦機接口

正是基于這些初步的研究成果，美國國防部先進研究項目局才會在20世紀(jì)70年代啟動人類的第一個腦機接口項目。不過，他們采用的技術(shù)是基于頭皮電極的非侵入式腦機接口。相比于“電極入腦”，酷似紐扣的頭皮電極雖然免去了腦外科手術(shù)與后續(xù)感染的風(fēng)險，卻也有明顯的不足——如果說植入式電極是把話筒湊到神經(jīng)元嘴邊錄它們的“悄悄話”，那么頭皮電極就是在大商場的樓頂支個麥克風(fēng)，隔著天花板聽樓下眾人的熙熙攘攘。雖然經(jīng)過了幾十年的發(fā)展與優(yōu)化，頭皮電極依舊只能模糊地記錄大量神經(jīng)元群體活動的總和，提示一些比較“大而化之”的腦活動，無法精確采集具體的神經(jīng)活動。

長路漫漫

即便我們橫下心來往人腦里插電極，也一樣會碰到數(shù)不清的難題與挑戰(zhàn)。

第一個問題是“帶寬”不夠。

僅憑單根電極，我們在運氣最好的情況下，也只能記錄到靠近電極裸露尖端的極少數(shù)神經(jīng)元。于是，神經(jīng)科學(xué)研究者與設(shè)備工程師們搬出了“簡單粗暴但有效”的“排槍戰(zhàn)術(shù)”，將電極集成為酷似長槍方陣的陣列，造出了形如“微型釘板”的神經(jīng)芯片。馬斯克團隊研發(fā)的新一代神經(jīng)芯片，已經(jīng)能在4mm×4mm的方寸之間集成一千枚電極。不過，即便如此，我們能夠記錄到的神經(jīng)元數(shù)量，相比于總數(shù)依然只是滄海一粟。研發(fā)更大規(guī)模的集成式電極陣列、提升“帶寬”的道路依舊任重道遠(yuǎn)。

第二個問題是“相容性”不足。

將電極在大腦中埋置，必然會伴隨排異與長期感染的風(fēng)險。所以目前的侵入式腦機接口，其臨床應(yīng)用只局限于極少數(shù)重度癱瘓的人類被試者。在《邊緣行者》中，大衛(wèi)等人就需要定期注射免疫抑制劑，以解決身體對植入設(shè)備的排異反應(yīng)。

為了解決這一問題，以馬斯克為代表的一批工程師，造出了對大腦傷害更小的柔性電極，以及與之配套、看起來有點兒像縫紉機的專用手術(shù)機器人。這樣一來，他們就可以將大量電極自由地分散植入大腦各處，再通過一塊神經(jīng)芯片統(tǒng)一收束輸出。我國的李曉健等工程專家，運用納米復(fù)合材料，開發(fā)了更具生物親和性與安全性的電極表面涂層，讓電極在腦中安全留置的時間大大延長。

植入電極之后的第三個挑戰(zhàn)，是被試者與神經(jīng)信號分析程序的長期協(xié)同訓(xùn)練。

不同于《邊緣行者》中大衛(wèi)等人對機械義體隨心所欲的“即插即用”，現(xiàn)實中的腦機接口，記錄到的神經(jīng)元信號不可能是活動規(guī)律恰好完美符合預(yù)期的。所以，只有經(jīng)過漫長的協(xié)同訓(xùn)練，人機雙方才能建立起穩(wěn)定的信號映射關(guān)系。

因此，在現(xiàn)實的科學(xué)實驗中，“用腦子操作機械臂”的過程并沒有看起來那么“如臂使指”。在經(jīng)過信號分析與算法處理之后，被試者大腦最終輸出的信息，往往只有幾個指導(dǎo)機械臂大體動作的空間坐標(biāo)與關(guān)節(jié)角度變量，剩下的具體動作大多是由操縱機械臂的電腦自己“看著辦”完成的。

而像露西等賽博黑客那樣直接用腦機接口向計算機輸出抽象代碼指令，同樣是一個非常麻煩的難題。和“用腦子操作機械臂”一樣，現(xiàn)實中“用腦子打字”的體驗也非常糟糕。不過在2021年，發(fā)表于《自然》雜志的一項研究還是帶來了一些突破。論文的作者們通過精確捕捉被試者運動皮層神經(jīng)元的信號，同時讓被試者想象自己正在書寫字母，從而讓他們能以近乎常人的速度向計算機輸入字符，并有著99%的驚人準(zhǔn)確率。

最后，第四個問題。

相比于能靠“勤能補拙”稍做改善的信號輸出問題，“如何向大腦輸入反饋信息”才是最令腦機接口研究者和研發(fā)工程師們頭疼的難題。目前的植入式電極雖然可以通過尖端放電來刺激神經(jīng)元，但這就像在大腦中引爆一顆微型電磁脈沖炸彈，會波及靠近電極尖端的整片神經(jīng)元。此外，人類至今仍然對大腦感知各種輸入信息的具體機制不甚明了，貿(mào)然刺激感覺皮層往往會產(chǎn)生難以預(yù)計的后果。

不過，“向山而行”從來都是人類的進取本能。2018年，我國學(xué)者唐世明就通過光遺傳技術(shù)精確刺激獼猴的初級視皮層神經(jīng)元，在清醒的獼猴身上成功輸入了含有基本空間位置信息的“虛擬視覺”。而2022年，美國醫(yī)學(xué)家丹尼爾·尤索爾（Daniel?Yoshor）領(lǐng)導(dǎo)的團隊，更是在盲人被試者的腦中植入了電極陣列組成的視覺皮層假體，讓他們在黑暗中看到了由連續(xù)呈現(xiàn)的視覺刺激軌跡組成的字母。在臨床醫(yī)療領(lǐng)域，將電極深入大腦內(nèi)部神經(jīng)核團的“腦深部電刺激”療法，已經(jīng)被廣泛用于治療帕金森癥等多種神經(jīng)與精神疾病。

但是，受限于大腦駭人的復(fù)雜程度，那些表征著抽象概念的中高級皮層，目前對于人類來說還有太多未知，更不用說向大腦精確輸入帶有復(fù)雜信息的人工刺激了?！哆吘壭姓摺防锫段髦鲃友埓笮l(wèi)一同體驗“月球漫步”的沉浸式虛擬現(xiàn)實——“超夢”，更是目前技術(shù)完全無從實現(xiàn)的神級“黑科技”，其科幻程度堪比太空歌劇類作品中的“超光速宇宙飛船”。

三、傳奇的終點

總的來說，現(xiàn)有的腦機接口技術(shù)，依然與《邊緣行者》等賽博朋克流派科幻故事中的未來科技有著天壤之別?，F(xiàn)實中腦機接口的應(yīng)用方向，也并非“強化能力”，而是“補足能力”。或者說，即便腦機接口技術(shù)真的有了突破性發(fā)展，也更有可能類似《機動戰(zhàn)士高達(dá)：水星的魔女》那樣，超脫單純強化個人武力的境界，轉(zhuǎn)而回歸《賽博格和太空》時的初心，全面補正人類面對各種生存環(huán)境的適應(yīng)力。

確實，正如《邊緣行者》中大衛(wèi)、曼恩和瑞貝卡等賽博朋克演繹的那樣，內(nèi)置榴彈炮、螳螂刀等“大殺器”的機械義體完全可以讓使用者戰(zhàn)力倍增，甚至單純作為鐵甲鋼拳都足以讓使用者化身“一拳超人”。但是，倘若一根機械手臂就可以打出堪比坦克主炮的重拳，那么同等技術(shù)基礎(chǔ)上制造的坦克，又將會強大到什么地步？在工程技術(shù)面前，只要技術(shù)水平本身沒有代差，設(shè)備的性能就必然受制于平臺的尺寸和重量。大衛(wèi)裝備“義體金剛”后如狂風(fēng)掃落葉般以一當(dāng)百的情況，其實很難發(fā)生在現(xiàn)實的工程學(xué)環(huán)境中。

在設(shè)定更加貼近現(xiàn)實的《賽博英雄傳》中，通過機械義體堆砌單兵戰(zhàn)斗力，僅僅是俠義力量作為“奮臂螳螂”反抗暴政統(tǒng)治者的無奈之舉。倘若沒有這種極端作戰(zhàn)環(huán)境限制，那么如《星界紋章》中的亞維人那樣，以腦機接口直接操縱星海巨艦，才是單純考慮斗獸棋式戰(zhàn)斗力時頂級的“賽博強者”。

此外，腦機接口的存在，同樣為大腦打開了一扇接受外部電子信號輸入的大門。如同《邊緣行者》中露西屢次利用腦機接口直接把對手“烤腦花”一樣，腦機接口的應(yīng)用必然伴隨極大的安全風(fēng)險。因此即便技術(shù)進一步發(fā)展，腦機接口的應(yīng)用也必須受極其嚴(yán)格的臨床規(guī)范和法律法規(guī)約束，否則完全可能釀成類似“賽博精神病”這樣的大禍。

平心而論，現(xiàn)實中的腦機接口依然有太多的技術(shù)與倫理難關(guān)要克服，甚至可能到最后根本不是一條有前景的技術(shù)路線。但對于那些靈魂被自身機體損傷禁錮的被試者來說，腦機接口技術(shù)為他們打開的每一道心靈窗口，都能為他們釋放“潛水鐘里的蝴蝶”。

科學(xué)與技術(shù)，正是因為不講浪漫，才會在取得進步時，顯得最為浪漫。

【責(zé)任編輯?：竹?子】