《阿丽塔:战斗天使》脑机接口技术的过去与未来

作者:未知

  在遥远的未来,世界毁灭于天坠之战,残存的人类在废墟中又如大火过后的野草一般复兴起来。医生依德在垃圾堆里跋涉,寻找一切可以重新利用的东西。忽然,一样特别的东西吸引了他的目光。那是一颗金属制成的头颅,里面有一颗完好无损的大脑。依德把金属头颅接到一具机器身体上,然后唤醒了她,还给这个有着人类大脑和机器身体的女孩取了个名字,叫“阿丽塔”。
  这个情节发生在科幻电影《阿丽塔:战斗天使》的片头。后面的剧情就很简单了,阿丽塔一边寻找自己的真实身份,一边用机器身体大杀四方。不过,看过电影的观众都会有一种疑问:真的能将人的大脑与机器相连接吗?
  答案是肯定的。这种技术叫“脑机接口”,科学家研究它已经很久了。它是在人脑(或动物脑)与外部电子设备之间建立的直接连接通路。借助脑机接口,大脑能够直接感知并理解电子信号的内容,而大脑发出的指令,无需键盘和鼠标,也能为外部电子设备所理解,并得到彻底的执行。
  【看过去】
  研究异常艰难,几家欢喜几家愁
  埃博一菲兹是最早将机器与大脑连接到一起的先驱人物之一。早在1969年,在个人电脑都没被发明出来的时代,他证实,通过放大猴子们的大脑信号,它们可以控制表盘上指针的运动。在那之后,针对脑机接口的研究就如火如荼地开始了,迄今已有50年的历史。其间,不少相关产品已经上市,开始造福人类,应用范围最广的无疑是各种“神经假体”。
  耳蜗是人体的听力器官,世界上有很多人因为耳蜗受损而听不到任何声音。人工耳蜗就是借助脑机接口技术制造而成。这种电子设备能将声音按照一定的规律,转变为电子信号,通过细细的线路接入听觉神经,使耳聋的患者重新听到声音。迄今为止,已经有数十万患者因为人工耳蜗的出现过上了更加幸福的生活。此外,人工视网膜用于恢复视力,人工心脏替代生病的心脏,都可以算成是脑机接口技术的应用。
  当然,神经假体离科幻小说中设想的脑机接口还有很远的距离。原因固然是多方面的,但最主要的原因是大脑与机器的连接非常困难。一边是柔软而多变的生物组织,一边是坚硬而复杂的电子设备,要把两者连接起来,难度可想而知。
  常见的脑机接口有三种:一种是把外部设备直接植入大脑灰质的侵入式脑机接口;第二种是部分侵入式脑机接口,把外部设备植入颅腔内,但是位于灰质外;第三种,也是研究者最想研究的,非侵入式脑机接口,无需把设备植入人体,而是使用类似神经成像术之类的技术,在大脑之外读取大脑的电信号。但这三种接口都存在问题。比如,侵入式脑机接口获取的神经信号质量比较高,但容易引发免疫反应,进而导致信号质量的衰退甚至消失。
  困难重重,但科学家们并没有放弃。
  【观如今]
  成功案例令人欣喜,曙光在前
  部分截瘫患者身上绝大多数的神经和肌肉都是完好无损的,仅仅是脊髓受了创伤,使得来自大脑的神经信号没法送达肌肉而已。那么,设法让他的神经信号到达指定位置,是不是就可以治好他?基于这样的想法,2016年,科学家在猴子身上做了一个惊人的脑机接口实验。
  首先,是要设法从大脑中把运动信号提取出来。科学家在正常猴子的大脑运动皮层中植入一个电极阵列,就可以将一块脑区当中所有的信号尽收眼底。科学家还用上了动作捕捉技术(一种用于电影特效拍摄的技术),把这些信号和特定的运动联系起来。
  随后,科学家又用与第一步类似的办法,获取了脊髓神经元活动和特定肌肉运动之间的关系。这样,几级神经信号和运动的关系都理顺了。
  第三步,科学家马上找来了两只脊椎中段受伤导致右后腿无法动弹的猴子。他们在这两只残疾猴子的脑部运动皮层中植入电极阵列,在腰椎脊髓内植入电刺激装置——后者能够对脊髓中控制右后腿运动的神经元进行刺激。开关开启,猴脑中的电极阵列迅速记录下猴子脑部的神经信号,并将其无线传输到附近的电脑中,电脑分析出猴子的运动意图后,再把信号发送给末端脊髓内的电刺激装置,给予脊髓特定的刺激,让下肢做出正确的动作。仅仅在受伤后六天,猴子就能借助这一系统勉强让残腿参与行进,又经过一系列的训练,猴子已经大致恢复运动能力。
  猴子的实验虽然还不够完美,但已经足够令人惊叹。也许在不远的将来,高位截瘫将不再令人绝望,脑机接口技术将使患者重新站立起来。
  【望未来】
  从修复到超越,喜忧参半
  尽管面临着诸多挑战,科学家对脑机接口的未来仍感到乐观。他们相信,我们的大脑具有惊人的适应能力,能够学会与脑机接口技术“相处”,就像学会驾驶汽车或者使用触摸屏一样。近几年,包括埃隆-马斯克(“神经交联”公司)、布莱恩-约翰逊(“内核”公司)等在内的成功企业家已经宣布成立新的公司,致力于研究脑机接口。这会使脑机接口技术在不远的将来取得突破性进展。
  当脑机接口技术发展到一定程度后,首先受益的就是数量众多的残疾人。因为种种原因,很多人失去了手臂和腿,不得不装上假肢。但这些假肢都是徒有其形,只是摆设,没有多大用处。但在未来,用先进的机械技术制造出具有运动能力的假肢,再用脑机接口技术,让假肢的电子设备与神经系统相连接,这样,大脑能够感知假肢的存在,并能够直接指挥它们运动,于是,这些肢体残疾者就可以获得与常人一样的运动能力。
  将来,借助脑机接口技术,不但能修复残疾人的受损肢体,也能增强正常人的功能。例如,深部脑刺激技术现在用于治疗抑郁症和帕金森氏病,将来也可能用来改变正常人的一些脑功能和个性。又比如,海马体神经芯片如今用于修复丢失的记忆,将来可能用来增强正常人的记忆。还有人幻想,将来只需要把知识输入神经芯片,人就可以学会某一门学科的全部,用不着像现在这样苦苦学习呢。
  但這些科技进步也会带来一系列伦理问题。在《阿丽塔:战斗天使》的时代,由于脑机接口技术高度发达,身体各部分非常容易被机器代替,只要大脑还在,身体被破坏到任何程度都不怕。这就使得他们对自己的身体极不珍惜,任意损毁,格外热衷于暴力,甚至为了寻求刺激,参加可以随便伤害对手的机动球比赛。他们的身体完全不是现在的样子,而是想怎样设计就怎样设计,用轮子代替腿,用尖刀代替手臂,都属于常见设计,改造成蜘蛛、螃蟹、章鱼或者不知道是什么的形状,也比比皆是。那么,在这种情况下,他们还算是“人”吗?这些问题都值得深思。(责任编辑:白玉磊 责任校对:司明婧)
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