用機(jī)械手臂喝咖啡

    約翰·唐納德是美國(guó)布朗大學(xué)大腦科學(xué)研究所所長(zhǎng)，他一直致力于腦科學(xué)的革命性研究。他說(shuō)，我們的起點(diǎn)并不高，就是能讓癱瘓臥床的人用意識(shí)指揮一只機(jī)器手臂，為自己端來(lái)一杯咖啡或是一份早餐。

    他的愿望終于實(shí)現(xiàn)了。一位因中風(fēng)而喪失四肢活動(dòng)能力的五十多歲的女性羅琳，在唐納德的指導(dǎo)下，控制機(jī)器手臂，將一杯咖啡準(zhǔn)確而平穩(wěn)地端到了自己的嘴邊。

    現(xiàn)年58歲的約翰·唐納德從事這項(xiàng)科學(xué)研究并非偶然，他童年時(shí)不幸罹患股骨頭壞死，整整兩年時(shí)間不能走路。他得知支配人的軀體功能的是大腦后，就癡迷上大腦，甚至找到一張標(biāo)注大腦功能的圖片，保存在身邊，不停地反復(fù)觀看，思索?！拔乙恢迸μ剿?，人類的大腦都在做些什么，我堅(jiān)信它賦予我們精神生活的同時(shí)，還能幫助有缺陷的人恢復(fù)完整?！?/p>

    約翰·唐納德首次成功將癱瘓病人的大腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)代碼，從而完成人類科技史上具有里程碑意義的創(chuàng)舉。

腦信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)代碼

    你一定想問(wèn)，它的工作原理是怎樣的呢？

    大腦中的神經(jīng)細(xì)胞能夠制造出電流信號(hào)，當(dāng)大腦接收到足夠的外部刺激，神經(jīng)細(xì)胞就會(huì)產(chǎn)生一種叫作棘波的電脈沖，它是腦電圖的一種波形。從20世紀(jì)30年代開始，科學(xué)家們就開始用微電極這種簡(jiǎn)單工具記錄大腦中的棘波。記錄腦電波的電極一般從大腦外面或大腦皮層上方記錄神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)情況，正因如此，檢測(cè)結(jié)果往往有所偏差。

    所以，神經(jīng)麥克風(fēng)就應(yīng)運(yùn)而生了。所謂神經(jīng)麥克風(fēng)，其實(shí)就是植入大腦的帶有100個(gè)電極的硅片，通過(guò)電線和電腦連接。電極在大腦的運(yùn)動(dòng)皮層——也就是大腦的運(yùn)動(dòng)控制中心——安置好以后，在顯示器上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)左右移動(dòng)的光標(biāo)。唐納德解釋說(shuō)：“然后你就開始想象，假設(shè)自己的手真的在控制鼠標(biāo)。在你想象的過(guò)程中，光標(biāo)開始移動(dòng)。比如說(shuō)，光標(biāo)向右動(dòng)的時(shí)候，出現(xiàn)了5次棘波，光標(biāo)向左走的時(shí)候，出現(xiàn)了2次棘波。我把這些數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，就得到了一個(gè)模型。5表示右，2表示左?！?/p>

    但是人類的大腦中有1000億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，單憑記錄一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞怎么能知道一個(gè)人想做什么呢？這正是問(wèn)題的關(guān)鍵所在。我們大腦中的網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)綜復(fù)雜，人們總是習(xí)慣性地認(rèn)為，是某一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞控制著“向左”這個(gè)指令。其實(shí)不然，在運(yùn)動(dòng)皮層上的成百上千萬(wàn)個(gè)神經(jīng)細(xì)胞中，大多數(shù)細(xì)胞都已經(jīng)直接或間接獲得了“向左”的指令。而且，就算是單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞上的代碼，也沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。有時(shí)，“向左”這個(gè)意念會(huì)產(chǎn)生2個(gè)棘波，有時(shí)又是4個(gè)，并不是一成不變的，所以唐納德和他的同事們就會(huì)取一組神經(jīng)細(xì)胞的平均值。具體到病人羅琳，科學(xué)家們選擇了她的幾十個(gè)神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行記錄，通過(guò)計(jì)算機(jī)解碼，判斷它們攜帶的指令是“向左”還是“向右”。

    來(lái)自計(jì)算機(jī)的信號(hào)隨即被轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)手臂能聽懂的電子命令：向前移動(dòng)一點(diǎn)、向后、向上、向下、向左、向右等等。用意念操縱儀器，多么神奇的過(guò)程，然而現(xiàn)實(shí)卻并非像聽起來(lái)那么瀟灑。唐納德需要提前記錄下羅琳大腦中部分神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)軌跡，從而構(gòu)建一幅計(jì)算機(jī)專用的信號(hào)圖。

微型泵可給腦神經(jīng)降溫

    計(jì)算機(jī)將所有數(shù)據(jù)接收完畢之后，就開始發(fā)出一系列指令。第一次聽說(shuō)羅琳故事的人，百分之百都認(rèn)為她要學(xué)習(xí)如何控制光標(biāo)或機(jī)器手臂。事實(shí)上，她根本不用學(xué)任何東西。她只要想象自己能夠操控機(jī)器手臂，就真的能夠做到。唐納德等科學(xué)家利用她腦部的神經(jīng)數(shù)據(jù)和大腦信號(hào)圖去揣測(cè)她要做什么，并幫助她實(shí)現(xiàn)。

    約翰·唐納德樂(lè)觀地表示，只要在大腦適當(dāng)?shù)牟课话惭b上一系列電極，他們甚至能夠找出正常和患病大腦在神經(jīng)棘波圖上的分別，從而治療由疾病導(dǎo)致的腦神經(jīng)排列異常引發(fā)的精神錯(cuò)亂。這聽起來(lái)有點(diǎn)像天方夜譚，但卻并非遙不可及。如今的技術(shù)飛速發(fā)展，已經(jīng)能夠做到在頭發(fā)絲一樣細(xì)的電極旁邊裝上微型泵，讓藥物直達(dá)病灶，給活動(dòng)異常的腦神經(jīng)降溫，所以，人類對(duì)大腦中影響情緒的那部分直接用藥，并非遙不可及的事情。