本文节选自《互联网趋势》第一章：人机交互的变革，如转载本文，请务必注明作者：骆磊

芯片链接人体神经系统

 

2003年，美国得利影視公司拍摄了电影《潜意识入侵》(Contol factor)。这是一部有关对人类大脑进行分析控制的电影。

 

电影描述，美国军方利用植入人体大脑的一块芯片，记录人脑的欢喜、愤怒、痛苦以及暴力等各方面的行为意识、感受等信息用来研究人脑，经过十余年的研究，军方最终破解了人脑的密码：军方终于可以通过无线电波控制人脑，让被控制者按照自己的指令行为。

 

电影是虚幻的，但在现实生活中有可能发生这样的事情吗?

 

虽然我们目前仍无法确切的对这个问题做出回答。但在电影公映的同年3月21日，英国雷丁大学控制论教授凯文·沃维克（Kevin Warwick），将一块3×3毫米的芯片植入了自己的手臂。成为世界上第一个“电子人”。

 

人身体上位于各个部位的大部分神经都与手指相连，这些神经可以发送和接收神经脉冲(也是一种电子信号)，正是这些脉冲控制我们的双手进行各种动作，使双手非常灵敏。手臂是这项试验的最佳选择。除了脊髓和大脑外，重要的是这里是全身通过神经信号最多的地方。而且，这里还有许多通往肌肉和上臂其他部位的神经末梢。因此，这里的神经就像一个高速公路网一样，为信号的传递提供了一个通天大道。手臂因此成为了这项试验的最佳选择。

 

沃维克希望通过该芯片使经过手臂传递的信号记录下来，然后从中分析出与运动有关的信号，尝试将这些记录下的与运动相关的信号复制后，通过芯片传输回人体神经系统以尝试手臂的动作再现。

 

植入凯文·沃维克手臂的芯片是通过一根包裹在神经纤维外面的细小电线与他体内的神经系统相连。芯片的一端是电源，另一端是3个微小的集成电路，用于接收和发送信号。

 

芯片的工作原理并不复杂，当沃维克摆动左手食指时，神经系统中会有一个电子信号传给相应的肌肉和腱，植入的芯片同时会接收到该信号，并把它传给外部计算机。计算机将信号保存下来，接着，分析这个信号的特征，将左手指摆动的信号分离出来，再根据分析的结果将其复制，并传回芯片中，芯片再传输给神经纤维，尝试信号能否引起手臂做同样的动作，实现动作再现。

 

如果动作能够再现，这就说明，计算机成功分离出了人体神经控制运动的信号，芯片和计算机能够控制与运动有关的信号。我通过互联网查阅了很多资料，但是最终未能找到沃维克到底是否实现了动作再现。无论他是否将动作重新再现，但他的精神是可嘉的，并且他的这一试验对于科技的发展具有重要的发展意义。

 

沃维克认为，植入人体内的芯片将能够使被植入者更方便地控制周围环境，或者身边的的电器电子设备，还能够通过芯片进行身份确认或者指令。例如实现开门、打开电器、通关、启动报警系统、转接电话、自动付款等指令。所有这些都无需明确的接触性指令，例如现在我们打开电视的时候必须按动遥控器上的一个按纽才能打开电视，而通过人体芯片，人可能只需要看一眼打开电视的按钮，产生一个打开电视的念头，电视机便会自动打开。同样，如果电视节目不是那么吸引人，如果想换台，只需要想一下便可以了。就是这么简单。

 

沃维克拿自己做实验有一个美好的愿望，那就是帮助因脊髓受伤或者其他疾病而瘫痪、残疾的病人能够恢复正常人的身体机能。他希望能通过对人体神经信号的研究，最终让这些病人通过信号的远程控制或者机械臂等辅助设备恢复部分自身行动能力。例如曾经饰演《超人》一片中男主角的克里斯托弗·里夫，还有著名的理论物理科学家霍金这样的瘫痪病人未来将可以通过芯片对神经信号模拟的复制，来恢复行动能力。沃维克的愿望有的已经部分实现，有的则暂时只能在电影中看到其为人类生活带来的便利。

 

其实早在1958年，沃维克的愿望就已实现了一部分，只是相对简单很多。1958年瑞典胸外科医生Ake Senning植入了第一个全埋植式心脏起搏器。心脏起搏器原理就是通过模拟正常心肌细胞的起搏、传导功能，替代无法正常工作的心肌细胞以保证心脏起搏传导系统工作的顺序和完整、心肌细胞的电生理活动、心脏的正常射血及全身的有效血供。人体心脏的工作是通过神经系统进行控制，当然他属于植物神经，并不由我们的大脑直接控制。

 

1970年，第一个施用于临床的单信道耳蜗植入装置研制成功，它能模拟正常人耳朵的听觉功能，将传入耳内的声波转变成电信号，然后再将电信号传入中枢神经。尽管通过电子耳蜗听到的声音不同于正常耳朵听到的声音，在早期它只能让耳聋患者听到声音，帮助病人进行唇读，但现在，有些病人使用特殊的装置已经能够通过电话机与他人进行交谈。

 

2006年，中国启动的973项目“视觉功能修复的基础理论与关键科学问题”开始研究人工眼，该项目希望植入眼球晶体的电子微摄像机大小类似豌豆，专门捕捉图像，形成光信号，埋在头皮下的小型数据处理器完成信号转换后，直接将其发射至扣在视神经上的微电极环，再经过视神经传导直达大脑皮层。

 

不过日本东京大学的Tachi 实验室和EYE++公司合作研制出了一种前额视网膜系统。它是通过放置在前额的触觉感受器来替代视网膜的技术。该系统通过一部置于太阳镜内的微型照相机来获取面前的物体图像，图像被获取后，经过一系列处理转换成由电极产生的触觉，最终被使用者感知。最令人兴奋的是，只要经过适当训练，这种系统可作为人造视网膜的替代品，而且不需做任何手术。当然目前改技术仍然处在实验室阶段，想要被实际应用，仍有很长的路要走。

 

在今天，将芯片植入人体内已经不是稀罕事，例如，目前在医学领域，医生们就可以将一个能够释放微量电场的永久电极植入人脑，来干预人体的生物电场，以达到控制病情的作用目前这种手术一次需要19万元，每隔五六年必须换一次电池，一对电池的价格高达12万元。

 

目前，人类暂时只能研发出人体感官系统的信号模拟系统，但无法将一个机械手臂与人的神经系统相连，以帮助肢体残疾的人自由行动。我们看到的更多的则是人依靠手工来通过操纵机械传动装置控制机器人，例如在2008年的热映电影《钢铁侠》中的战衣，便是依靠人的机械传动装置控制。但在更多关于未来的电影中，我们看到了这种技术得以完美实现。

 

 

电影《星球大战》中，阿纳金的手臂被对手砍掉，但很快医生为他安装了一个机械臂，这个机械臂让他重新恢复了肢体动作，并且收放自如。在电影《蜘蛛侠2》中我们就看到了沃维克的愿望的美好未来，只是可惜这种美好的技术愿望被邪恶势力利用。《蜘蛛侠2》中的章鱼博士在背上安装了几个机械臂，机械臂直接与章鱼博士的神经系统相连，因此章鱼博士可以游刃有余的控制自己的机械臂，并且能和蜘蛛侠一决高下。

 

沃威克还有似乎更加让人不可置信的想法，他希望把把另一块同样的芯片植入他夫人伊雷娜的手臂上。让伊雷娜参与实验的目的，是测试妻子运用电信号与丈夫进行情绪交流的可能性，也就是说，如果沃维克感到兴奋或者恐惧，他能否把这些情绪通过芯片传递给妻子。这就有点类似我们经常所说的心灵感应，如果你能知道自己心爱的人，脑子里都在想些什么，那将是多么美好的事情。

 

事实上，沃维克讲芯片植入自己体内的研究过程与电影《潜意识入侵》的情节基本一致。在《潜意识入侵》中军方是利用分析被秘密植入人脑中的芯片所存储的信号进行分析、复制。军方可以通过无线电波连接到植入人体的芯片，直接影响到欲被控制的人脑，使被控制着完全按照自己的意志行事。

 

因此，就像电影中的情景一样，沃维克预言，随着这项技术的深入研究，未来，人类之间的沟通根本不需要借助语言，一切将通过思维进行。

 

目前科学家已经对人脑的思维研究上，已经取得了一些突破性进展，甚至可以提前七秒预测人的行为。2008年4月13日，《自然神经系统科学》杂志的一项研究报告显示，研究人员使用大脑扫描器能够提前7秒钟预测实验者即将要做的事情。

 

这太可怕了！如果你的脑子里想着什么，别人可以很容易知道，那还有什么隐私可言？

 

沃维尔克在当时认为：在未来五六年内，人体芯片将能够储存户口登记、银行账户、医疗健康和税务方面的数据资料，从而将可以从事家庭和办公室内的复杂活动。目前沃维尔克的这个目标目前已经部分实现，只是这些信息目前是被存储在一块人可以随身携带的电子存储设备中，而并非直接植入人的体内。

 

2004起，中国开始换发的第二代身份证实现了沃维尔克的部分愿望。第二代身份证采用了“非接触式IC卡芯片”信息存储技术。未来可以成为人们进入银行、保险等信息服务系统的“电子凭证”或“钥匙”。芯片中还包含有个人有关资料，如出生日期、压缩的数字照片，以及指纹信息、虹膜特征等生物特征信息。由于采用了“非接触式IC卡芯片”因此在需要进行身份验证的地方，可以轻晃一下，便能顺利实现身份识别。

 

实际上，对于沃维克来说，选择左手或右手，对于试验结果来所都是一样的，但之所以选择左手，正是考虑到如果实验万一出现意外，沃维克的右手不会受到任何伤害，因为沃维克习惯于用右手干活，这样他的这只手仍能继续从事研究工作，不至损失太大。

 

尽管沃维克称这个皮下装置没有给他带来什么不适，但当时他还是服用了抗生素药物，以防感染，并在9天后将芯片取出。

 

可见，将芯片植入人体仍有一定技术风险，甚至为了科学有可能会缺胳膊少腿，对健康人来说，这实在是一件恐怖的事情。

 

可以想象一下，如果在你的身上划开一个口子，尽管会有麻醉剂，但躺在手术台上，将一块本不属于你自己身体的东西植入人体内，那将是一件多么痛苦的事情？而且，也许在某天，会出于一些原因想将其从体内取出的时候又要再上手术台。更可怕的是一块芯片与自己的神经系统相连，想象一下，这实在是一件恐怖的事情，某天如果这个设备像电影中那样控制了我的神经系统怎么办？我们会不会成为章鱼博士？！

 

将芯片植入体内的重要原因是需要将芯片电极与人的神经纤维直接相连。那么能不能像电影《潜意识入侵》中那样通过人脑的脑电波直接相连，而无需在人的身体上划个口子？

 

用思维控制计算机

 

《潜意识入侵》中，被军方控制了大脑的人如果想摆脱控制，就必须戴上一顶装有铜线线圈覆盖的帽子屏蔽无线电波。

 

2007年3月，CeBIT大展上，来自澳大利亚的Gouger科技的工作人员向人们展示了一款类似的帽子。与电影中不同的是，这顶帽子不是用来屏蔽信号，而是用来收集佩戴者大脑发出的脑电波信号，在滤掉杂波后，放大脑电波指令，经过相关软件转化为电子信号，传输给计算机。

 

一般人经过简单训练之后，便可使用这顶帽子，通过思维控制计算机。

 

目前世界各地的实验室都已经开发出了很多顶类似的帽子。位于爱尔兰都柏林，欧洲媒体实验室“思维游戏”(MindGames)工作小组的科学家，也有一顶类似的帽子。

 

该实验室成员给这个帽子起了一个名字叫“头脑快车”(Cerebus)，它可以分析和解读人类大脑发出的电子信号，然后把这些信号转化成电子指令，反映到电脑屏幕之上。基于这样的技术原理，实验室成员将其应用于游戏的之中，尝试让人们戴上这个帽子来控制电脑游戏中的角色，进行各种动作。

 

“头脑快车”是一套奇妙但并不“复杂”的装置。试验者需要戴上一个装满传感器的头盔，他脑子里的一些想法，例如用手拿起桌上的书，再移动到另一张桌子上，便会被传感器识别，并由传感器把采集到的行动讯号传递到与之相连的电脑上，电脑分析、破译这些讯号的含义，然后转化成电脑指令，发送给与电脑相连的机械臂上。

 

机械臂接收到这些信号后，接下来，代替试验者自己的手臂，去完成试验者心里想完成的动作。

 

“头脑快车”的设计思路和原理是：先让试验对象从事一些简单的动作，例如抬一抬左手，或者握拳抓物，然后仪器便会分析出捕捉试验对象进行这些动作时，大脑里的哪部分区域会参与活动，神经系统会发出什么样的信号，并将这些信号记录下来。

 

下一次，试验对象只要脑子里想一下抬左手抓住某样物体，那个充满电极的帽子便会捕捉实验者大脑中里发出的信号，计算机将这些信号与早已总结出的试验对象大脑活动的特点进行对比，便可以“读懂”实验者的想法，接着计算机会立刻向与其相连的机械手发出指令，让机械手代替试验对象执行他想要进行的动作。

 

我们不难发现，“头脑快车”的试验和沃维尔克将芯片直接植入体内的工作原理类似。他们都需要先采集和分析实验者动作时的神经信号，对这些信号进行分析和记录，但不同的是，沃维尔克的试验是将信号复制并且返回给人体的手臂，使人体的手臂接受来自计算机的指令，实现动作重现。但“头脑快车”的不同之处在于，尝试让计算机能够识别出人脑的“想法”,当人的神经系统中发出有与计算机中相同的神经信号时，计算机便会命令机械臂做出和该信号对应的，和人一样的动作。

 

但无论是哪种试验，前提必须实现计算机能够识别人脑的想法。如果计算机能够识别人脑的想法，便可以和计算机利用思维进行人机对话。这样的人机对话，可能最早出现在动物身上。

 

美国新英格兰州布朗大学的约翰·多诺格赫博士所领导的工作组，就在动物的身上实现了使用思维来控制计算机。

 

和所有的动物试验一样，试验采用了食物奖励作为诱导。首先多诺格赫博士让一只受过训练的猕猴使用操纵杆，控制屏幕的中一个光标的位置，如果猕猴可以将光标移进屏幕中的一个小红圈，便能获得一大杯橘汁的食物奖励。

 

多诺格赫博士在猕猴脑部的运动皮层埋了320个微型电极，用来收集它大脑皮层发出的电子脉冲信号。就在猕猴聚精会神的控制光标为自己赢得更多橘汁的时候，计算机把电极收集过来的信号和猕猴的动作进行同步对比，分析出哪些信号是猕猴指挥光标移动而产生的。当科学家们最终确定了。这些信号后，科学家切断了操纵杆与电脑屏幕的连接，启动了另一套传感系统，让猕猴的大脑活动发出的电子信号通过电极直接传递到电脑中。

 

科学家欣喜万分地发现：虽然猕猴仍在盯着屏幕，操作摇杆使光标进入红圈，但实际上操纵杆和电脑的连接已经被完全切断，这就是说猕猴握着的操纵杆已经毫无效果了，猕猴是完全凭借自己大脑中的思维，也就是大脑皮层中发出的脑电波将箭头移动到屏幕的红圈之中。

 

没错，多诺格赫博士真的成功了，和想象的一样，大脑思维的确可以用来控制光标的移动，这显然要比我们今天用手移动鼠标来控制光标的位置方便很多倍！

 

中国的清华大学医学院神经工程研究所也在进行类似试验，从事这方面的研究。

 

比较典型的实验是，利用思维控制机器狗进行踢足球的比赛。在一块大约2米长的绿色地毯上，一只红色的机器狗守着球门，另一侧一只白色的机器狗越过阻挡它的纸杯，渐渐接近球门，虽然红色的机器狗也会想办法守住门，但是白色的机器狗身手似乎更加敏捷，它灵敏的一闪，便将球“踢”进了球门。

 

这两只机器狗，分别由清华大学的两名学生使用思维进行控制，在他们的脑袋上戴着特殊的电极帽，电极帽可以接收从学生的大脑中发出的神经信号，并将这些神经信号传给计算机，计算机经过分析后，得到学生大脑中用思维对机器狗进行的控制的命令，并将其传给机器狗，从而实现思维控制。

 

清华大学的这套系统，还可以使用大脑来控制电话拨号，实验者只要目视电话拨号系统，然后开始用他的思维拨号，前方是一个特殊的电话键盘，0—9键，还有两个字母“B”和“C”，12个键不同频次地闪烁。每个号码都有编码，看1和2或者字母任何一个数字和字母的感觉都会不一样，因此大脑中发出的脑电波也会有区别，计算机便可以通过实验者大脑的神经系统的信号来实现拨号。

 

目前全球各国虽然各国都有类似技术的研究，但仍停留在实验室阶段，计算机对人的思维识别速度仍然非常缓慢，比起使用键盘打字要慢很多；由于技术限制，目前仍需要一定的视觉刺激，才能增强脑电波，因此在输入时会有闪烁的感觉，不及敲键盘自然、舒服。

 

不过，科学家已经在思维控制计算机的方面取得了很大突破，已经进入了实际应用，并试图研发出实际的产品。

 

2008年3月14日，英国《新科学家》杂志报道，目前科学家已经可以通过接收神经信号，把思维转换成语音，进行“无声”交谈。这是一种戴在脖子上项圈，佩戴者不需要发出声音，说话时大脑发出的神经信号便可以被项圈捕捉到，然后无线传输到电脑，便可以被电脑合成声音。这项发明名为“Audeo”，是Ambient公司的杰作。目前这项技术仍在完善中，升级版的设备不久将正式推向市场。

 

这是未来的趋势。

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