“如果当你走神时，植入物让你回到手头的任务怎么办？”

杰克·加兰特从未打算创造一台读心机。他的关注点更平淡无奇。作为加州大学伯克利分校(University of California，Berkeley)的计算神经学家，加兰特博士多年来一直致力于提高我们对大脑如何编码信息的理解--比如，当一个人看到飞机、苹果或狗时，哪些区域会变得活跃--以及这种活动如何代表被观察的物体。

到本世纪头十年末，科学家们可以根据大脑的发光方式来确定一个人可能在看什么东西-比如一张人脸，还是一只猫。但加兰特博士和他的同事们走得更远。他们发现如何使用机器学习不仅能破译这类东西，还能破译受试者正在观看的确切图像。(例如，从三个选项中选择哪张猫的照片。)。

一天，加兰特博士和他的博士后开始交谈。就像你可以通过向后连接扬声器把它变成麦克风一样，他们想知道他们是否可以对他们开发的算法进行反向工程，这样他们就可以仅仅通过大脑活动来可视化一个人所看到的东西。

该项目的第一阶段是训练人工智能。在长达几个小时的时间里，加兰特博士和他的同事们向志愿者们展示了功能磁共振成像机器的电影剪辑。通过匹配运动图像提示的大脑激活模式，人工智能建立了志愿者视觉皮质如何工作的模型，视觉皮层解析来自眼睛的信息。然后是下一个阶段：翻译。当他们给志愿者看电影剪辑时，他们问模型，考虑到它现在所知道的关于他们大脑的一切，它认为他们可能在看什么。

这项实验只关注了视觉皮层的一小部分。它没有捕捉到大脑中其他地方正在发生的事情-例如，一个人可能会对她看到的东西有什么感觉，或者她在看的时候可能在幻想什么。用加兰特博士的话说，这项努力是一种原始的概念验证。

重建的图像以梦幻般的流畅移动。在它们的不完美中，它们让人联想到表现主义艺术。(一些重建的图像似乎完全错了。)。但在它们成功的地方，它们代表了一项惊人的成就：一台将大脑活动模式转换为其他人可以理解的运动图像的机器-一台可以阅读大脑的机器。

加兰特医生非常激动。想象一下，当更好的读脑技术出现时，会有什么可能性？想象一下，患有闭锁综合症的人，卢·格里克病，因中风而丧失行动能力的人，谁能从一台可以帮助他们与世界互动的机器中受益？

他还感到害怕，因为实验以具体的方式表明，人类正处于一个新时代的黎明，在这个时代，理论上我们的思想可以从我们的头上夺走。加兰特博士想知道，当你能读懂思想家甚至可能没有意识到的想法时，当你能看到人们的记忆时，会发生什么？

“这真是一个发人深省的想法，现在你必须认真对待了，”他最近告诉我。

几十年来，我们主要通过手指和眼睛，通过键盘和屏幕进行交互。这些工具和我们用来刺激它们的骨头数字对人脑和机器之间的交流速度提供了自然的限制。我们只能像打字或点击一样快速(准确)地传达信息。

语音识别，就像苹果的Siri或亚马逊的Alexa使用的那样，是朝着更无缝的人机集成迈出的一步。下一步，也是世界各地的科学家正在追寻的一步，是允许人们仅通过思考就能控制计算机-以及与计算机相关的一切，包括汽车、机械臂和无人机-的技术。

加兰特博士开玩笑地称这种想象中的可以做到这一点的硬件是“谷歌帽”：一种可以感知无声命令并促使计算机做出相应反应的帽子。

问题是，要发挥作用，这个上限需要能够更详细地看到组成大脑的近1000亿个神经元中正在发生的事情。

可以很容易地透过头骨窥视的技术，比如核磁共振仪，太笨拙了，不能安装在你的头上。体积较小的技术，如脑电图，或称EEG，通过连接在头皮上的电极测量大脑的电活动，提供的清晰度几乎没有那么高。一位科学家将其比作在暴风雨搅动湖面时，寻找在水下游泳的鱼所产生的表面涟漪。

其他“看到”大脑的方法可能包括脑磁图，或称脑电图，它测量颅骨外从其下方放电的神经元发出的电磁波；或者使用红外线，它可以穿透活组织，根据血液流动的变化来推断大脑活动。(脉搏血氧仪的工作原理是这样的，即通过手指照射红外线。)。

哪些技术将为未来的脑机接口提供动力仍不清楚。如果我们不清楚我们将如何“读”大脑，那么我们将如何向它“写”就更不清楚了。

这是脑机研究的另一个圣杯：可以直接将信息传输到大脑的技术。我们可能还远没有到你可以默默地问：“亚历克萨，秘鲁的首都是什么？”让“利马”出现在你的脑海里。

即便如此，这些挑战的解决方案也开始浮现。许多研究都发生在医学领域，多年来，科学家们一直在逐步努力，为四肢瘫痪患者和其他神经瘫痪患者提供更好的方式，通过计算机与世界互动。但近年来，包括Facebook、微软和埃隆·马斯克(Elon Musk)的Neuralink在内的科技公司已经开始在这一领域投资。

一些科学家对这种能量和资源的注入感到欣喜若狂。其他人担心，随着这项技术进入消费者领域，它可能会产生各种意想不到的潜在危险后果，从侵蚀精神隐私到加剧不平等。

哥伦比亚大学(Columbia University)神经生物学家拉斐尔·尤斯特(Rafael Yuste)列举了改变社会的两大计算进步：从房间大小的大型电脑过渡到可以放在桌子上(然后放在膝盖上)的个人电脑，以及21世纪头10年智能手机的移动计算出现。他说，非侵入性脑阅读技术将是第三次重大飞跃。

“忘了科维德危机吧，”尤斯特医生告诉我。“这项新技术将会改变人类。”

没有多少人会自愿成为第一个接受一种新颖的脑部手术的人，即使这种手术有望恢复瘫痪患者的行动能力。因此，当凯斯西储大学(Case Western Reserve University)生物医学工程主席罗伯特·基尔希(Robert Kirsch)在近10年前发出这样的呼吁时，有一个人既符合标准又愿意，他知道自己手中有一个先驱。

这名男子的名字是比尔·科切瓦(Bill Kochevar)。几年前，他在一次骑车事故中颈部以下瘫痪。他后来解释说，他的座右铭是“必须有人做研究”。

在这一点上，科学家们已经发明了一些小玩意儿，可以帮助瘫痪患者利用剩下的活动能力-嘴唇，眼皮-来控制电脑或移动机械臂。但是基尔希博士在寻找一些不同的东西。他想帮助科切瓦先生移动自己的四肢。

第一步是在正常情况下控制科切瓦右臂的大脑部位植入两组传感器。可以通过计算机从这些阵列接收信号的电极被植入他的手臂肌肉。植入物和与之相连的电脑将起到电子脊髓的作用，绕过他的伤害。

一旦他的手臂肌肉得到加强--通过在睡觉时进行温和的电刺激--科切瓦尔当时已经瘫痪了十多年，他就可以自己吃饭和喝水了。他甚至可以挠鼻子。

世界上大约有24个人因事故或神经疾病而失去了肢体功能，他们的大脑上植入了传感器。包括科切瓦在内的许多人都参加了一个由美国政府资助的名为“大脑之门”(BrainGate)的项目。这项研究中使用的传感器阵列比按钮还小，患者只需思考就可以在屏幕上移动机械臂或光标。但据基尔希博士所知，科切瓦尔是第一个通过这项技术恢复肢体功能的瘫痪患者。科切瓦尔于2017年去世，原因与这项研究无关。

今年秋天，基尔希博士和他的同事们将开始这项实验的2.0版。这一次，他们将植入六个较小的阵列-更多的传感器将改善信号质量。他们不会将电极直接植入志愿者的肌肉，而是将电极插入上游，绕过移动肌肉的神经。基尔希博士说，从理论上讲，这将使整个手臂和手都能运动。

下一个主要目标是恢复感觉，这样人们就可以知道他们是拿着一块石头，还是拿着一个橙子，或者他们的手是否离火焰太近了。“感觉一直是瘫痪中被忽视时间最长的部分，”基尔希博士告诉我。

几年前，匹兹堡大学的科学家们开始了这方面的开创性实验，研究对象是一位名叫内森·科普兰(Nathan Copeland)的男子，他从上胸以下瘫痪。他们将感官信息从机械臂传送到他的大脑皮层中处理右手触觉的那部分。

每个大脑都是一个随时间变化的活生生的、起伏不定的器官。这就是为什么在每次科普兰的会议之前，人工智能都要重新校准--来建造一个新的大脑解码器。“你大脑中的信号会发生变化，”科普兰先生告诉我。“它们并不是每天都完全一样的。”

结果并不完美。科普兰先生向我形容它们“怪异”、“电刺激”，但也“令人惊叹”。然而，感官反馈是极其重要的，因为他知道他实际上已经掌握了他认为自己已经掌握的东西。更广泛地说，它表明一个人可以“感觉”到一只机器手就像自己的手一样，来自电子传感器的信息可以输入到人脑中。

虽然这些实验是初步的，但它们表明脑机接口中既能“读”又能“写”的部分已经存在。人们不能仅仅通过思考来移动机械臂；机器也可以，无论多么不完美，向大脑传达关于机械臂遇到什么的信息。

谁知道这项技术的不同版本将在多长时间内提供给那些想要思考--移动电子游戏中的化身或思考--上网的孩子们。人们已经可以用大脑信号驾驶无人机了，所以未来几年可能会出现粗制滥造的消费者版本。但是，对于患有脊髓损伤或神经疾病的人来说，这种技术可以如何改变生活，这一点怎么夸大都不为过。

加州大学旧金山分校(University of California，San Francisco)神经外科医生爱德华·张(Edward Chang)从事基于大脑的语音识别研究，他说，保持沟通能力可能意味着生死之别。他告诉我：“对于一些人来说，如果他们有办法继续沟通，这可能就是他们决定活下去的原因。”“这极大地激励了我们的工作。”

在最近的一项研究中，常博士和他的同事们使用植入的传感器，通过监测志愿者大脑中移动说话肌肉的部分的活动，预测了志愿者说了什么话，准确率高达97%--他们声称，这是迄今为止达到的最好准确率--从预先确定的50个句子中使用的大约250个单词中预测出来。(这项研究中的志愿者并没有瘫痪；他们是接受脑部手术以解决这种情况的癫痫患者，植入物也不是永久性的。)。

张博士使用的传感器阵列与基尔希博士使用的传感器阵列相似，但非侵入性方法可能不会太远。

Facebook为张博士的研究提供了资金，该公司正在研发一种类似于大脑阅读头盔的装置，它使用红外线来窥视大脑。Facebook Reality Labs的脑机接口研究主管马克·切维莱(Mark Chevillet)在一封电子邮件中告诉我，虽然完整的语音识别还很遥远，但他的实验室将能够在“未来几年”破译“主页”、“选择”和“删除”等简单命令。

这一进步不仅仅是由大脑传感技术的进步推动的，而是由肉体和机器的物理交汇点推动的。人工智能即使不是更重要，也同样重要。

试图从头骨之外理解大脑就像试图理解发生在两个房间之外的对话一样。信号往往杂乱无章，很难破译。因此，现在允许语音识别软件在理解口语方面做得很好的算法类型，包括发音和地区口音的个人特性，现在可能会使大脑阅读技术成为可能。

然而，并不是所有的大脑阅读应用都需要像理解语音这样复杂的东西。在某些情况下，科学家只是想减弱冲动。

斯坦福大学的神经外科医生凯西·哈尔彭(Casey Halpern)在上大学时，有一个朋友喝得太多了。另一位虽然超重，但还是吃不下。“冲动控制是一个非常普遍的问题，”他告诉我。

作为一名崭露头角的科学家，他了解了用于治疗帕金森氏症的脑深部刺激方法。对大脑运动部位施加温和的电流可以减轻由疾病引起的震颤。他能把这项技术应用到自我控制不足的问题上吗？

在2010年代对老鼠的研究中，他发现了大脑的一部分，称为伏隔核，在老鼠即将暴食高脂肪食物之前，那里的活动以一种可预测的模式激增。他发现，他可以通过用温和的电流干扰老鼠的活动来减少老鼠的进食量。他可以消除在啮齿动物大脑中根深蒂固的狼吞虎咽的冲动。

今年早些时候，他开始在肥胖症患者身上测试这种方法，这些人没有得到任何其他治疗的帮助，包括胃分流手术。他在它们的伏隔核植入电极。它与一种设备相连，该设备最初是为防止癫痫患者的癫痫发作而开发的。

与张博士或加兰特博士的工作一样，算法首先必须了解它所依附的大脑--以识别即将失去控制的迹象。哈尔彭博士和他的同事通过让患者尝一尝奶昔，或者提供患者最喜欢的食物自助餐来训练算法，然后在患者沉迷之前记录他们的大脑活动。

到目前为止，他已经完成了两个植入手术。“我们的目标是帮助恢复控制权，”他告诉我。如果它对肥胖症有效，肥胖症在美国大约有40%的成年人患有肥胖症，他计划测试这个小玩意儿是否对酒精、可卡因和其他物质上瘾。

哈尔彭博士的方法认为，许多人很难接受的事实是：缺乏冲动控制可能是成瘾行为的基础，这不是一种选择，而是大脑故障造成的。“我们必须接受这是一种疾病，”他说。“我们常常只是评判别人，认为这是他们自己的错。这不是目前的研究建议我们应该做的。“

我必须承认，在我遇到的众多脑机接口的建议应用中，哈尔彭博士的应用是我最喜欢推论的。有多少人的生命因无法抗拒下一颗药丸或下一瓶啤酒的诱惑而脱轨？如果哈尔彭博士的解决方案是可推广的呢？

如果每次你在写文章的时候走神，你可以借助你的注意力植入装置，把它推回到手头的任务上来，最终完成那些你从未抽出时间完成的改变生活的项目，那会怎么样？

当然，这些应用程序仍然是空想。但是，仅仅是这种事情可能发生的事实，就在一定程度上促使神经生物学家尤斯特博士担心，这项技术如何模糊了我们认为的个性的界限。

他指出，这种模糊已经是一个问题。帕金森氏症患者有时报告说，当机器“开着”时，他们感觉比平时更具攻击性。接受脑深部刺激的抑郁症患者有时会怀疑自己是否真的还是自己。“你感觉有点做作，”一位病人告诉研究人员。这台机器没有像莱昂纳多·迪卡普里奥(Leonardo DiCaprio)在电影“盗梦空间”(Inception)中的角色那样，在他们的头脑中植入想法，但它似乎正在改变他们的自我意识。

如果人们不再确定他们的情绪是否属于他们自己，或者不再确定他们所连接的机器的影响，会发生什么呢？

哈尔彭博士对这些担忧不屑一顾，称其夸大其词。他指出，这种效果是许多药物治疗的一部分，包括常用的抗抑郁药和兴奋剂。有时，就像无可救药的上瘾一样，改变某人的行为恰恰是目标。

然而，当大脑书写技术从医疗领域跳跃到消费者领域时，可能会发生什么这一长期问题很难忘记。例如，如果我想象中的焦点增强器存在，但非常昂贵，它可能会加剧那些负担得起昂贵的家教、汽车和大学的人-现在是增强毅力的技术-与那些负担不起的人之间已经在不断扩大的鸿沟。

尤斯特博士告诉我：“某些群体将获得这项技术，并将提升自己。”“这真的是对人类的严重威胁。”

Openwater的首席执行官兼创始人玛丽·卢·杰普森(Mary Lou Jepsen)在一封电子邮件中告诉我，“必须在头骨上钻孔才能读取大脑的想法是愚蠢的。”她说，她的公司正在开发利用红外线和超声波窥视人体的技术。

其他研究人员只是试图降低侵入性方法的侵入性。一家名为Synchron的公司试图通过在颈部的颈静脉插入传感器，完全避免打开头骨或接触脑组织。它目前正在进行安全性和可行性试验。

基尔希博士怀疑埃隆·马斯克的Neuralink可能是正在开发的最好的大脑传感技术。它需要手术，但与BrainGate传感器阵列不同的是，它很薄，很灵活，可以根据大脑的山区地形进行调整。希望这能减少它的腐蚀性。它也有毛发状的细丝，可以下沉到脑组织中。每个灯丝包含多个传感器，理论上可以比位于大脑表面的扁平阵列捕获更多的数据。它既可以对大脑进行读写，也可以在机器人的陪同下协助植入。

正如加兰特博士所说，植入物的一个主要挑战是，“你的大脑不喜欢有东西卡在你的大脑里。”随着时间的推移，免疫细胞可能会蜂拥到植入物上，用粘液覆盖它。

试图避免这种情况的一种方法是大幅缩小传感器的大小。布朗大学(Brown University)工程和物理学教授阿尔托·努尔米科(Arto Nurmikko)是BrainGate项目的一部分，他正在开发他所说的“神经颗粒”--不超过少数神经元大小的微型可植入硅传感器。它们太小了，没有电池，所以它们是由从头骨外发射进来的微波供电的。

他预计可能会有1000个微型传感器植入整个大脑。到目前为止，他只在啮齿类动物身上进行了测试。但是，也许我们不应该如此确信健康的人不会自愿接受“智力增强”手术。每年，努尔米科博士都会向他的学生提出一个假设：1000个神经颗粒植入物，可以让学生更快地学习和交流；有志愿者吗？

“通常班上大约一半的人会说，‘当然可以，’”h。

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