腦腦研究：讀心術成真？

崔恒

2014年3月28日，在印度海濱城市錫魯萬納塔普拉姆，一名身穿黃色T恤的男子坐在顯示屏前，試圖將信息發送到歐洲斯特拉斯堡。信息傳達人和接收人都不可以說話，連一根手指也不能動。研究人員想以此實驗證明腦腦交流。他們希望讀出人腦中的想法并寫入別處。

在印度，該男子頭戴設有8個電極的頭盔，看上去有些奇怪，像是連著電纜的水球運動員。不過，他并不需要贏得什么選美大賽，只需要發一條消息，更具體地說：一個由0和1組成的位串編碼而成的詞。如果他發送了1，就表示移動了手；如果他發送了0，就表示移動了腳。頭盔上的電極記錄大腦皮質運動區的信號。計算機通過電子郵件把位串發送至歐洲，就像頭腦中的摩爾斯電碼。

與此同時，在斯特拉斯堡的實驗室里，一個人的眼睛被睡眠面罩遮著。大腦視覺中心位于后腦勺處。一只機械臂操縱著后腦勺上的電磁線圈。如果印度方面發出一個1，一磁脈沖就會刺激視覺中心，他就可以感知到閃光。如果發出0，另一磁脈沖被觸發，就不會閃光。70分鐘后，該男子收到來自印度錫魯萬納塔普拉姆的140字節，計算機解讀出了這一消息。人類首次實現了無語言的大腦間信息傳遞：“Hola”（譯注：西班牙語，意為你好）。

通常，人們對于心靈感應有另外的理解，并不只是花費70多分鐘之久，通過想象手腳移動，用西班牙語打聲招呼?？墒请娫挄r代的開端盡管稍微有趣些，不也一樣很微小嗎？1861年10月26日，在法蘭克福的一個禮堂前，“馬不吃黃瓜沙拉”這句話被對著麥克風話筒講了出來，以電流的形式傳到禮堂里，由電話發明者約翰·菲力浦·雷斯在目瞪口呆的觀眾面前重復了出來。雷斯是否想過，150年后的人們在散步的時候，無需電線即可打越洋電話呢？腦腦交流和讀心術會延續相似的歷史嗎？我們以后也會像回憶馬和黃瓜沙拉一樣，回顧來自印度錫魯萬納塔普拉姆的“Hola”嗎？

研究頭腦摩爾斯電碼的法國人和西班牙人都不保守?！拔覀兏敢夥Q之為靈魂交流，而不是腦腦交流?！彼麄冊诎l表的文章中寫道：“因為無論是發送還是接收消息都要求參與者有意識的活動?！边@一說法很大膽，也許很離譜。

大腦還是靈魂，差異可謂不小。腦科研究者記錄神經元活動、血流、氧含量。靈魂研究者解讀思想，深入人類的自我。大腦和靈魂有某種聯系。如何才能解密其中的關聯？目前一切都與該問題相關。

世界各地的科學家們都在鉆研。他們掃描志愿者的大腦，給他們帶上電極頭盔或者在病人頭骨下插入傳感器。他們想從大腦數據中探尋受試者的意圖、感情或者是他們腦中的圖像、旋律甚至文字。

通過思想交流——是進步還是噩夢？

一些人認為這項研究是福音。通過新型的人機設備，完全癱瘓者也可以與親屬或護理人員交流。在京都，腦神經研究者石井信創建了一個模型屋，居民通過腦電波遠程控制家用電器。游戲廠商將神經反饋的游戲視為下個大事件。

另一些人認為神經技術將是一場噩夢。戴夫·埃格斯的小說《圓圈》描繪了一個超透明的社會。圓圈是一個超級公司，集蘋果、谷歌、臉書于一體。所有的行為、朋友、文字都會被圓圈公開。在最后一幕中，主角之一在重癥監護室陷入昏迷狀態。監視器上顯示了她的腦電波，但沒有人能讀懂這些信號，圓圈公司也不能解密的這些數據。這是多么轟動的事件??！圓圈必須改變。

人們喜歡窺探、反復窺探其他人心中的想法。想知道別人在想什么，是否有所隱瞞或者撒謊，是否回應我們的感情，真正的他們是什么樣的。凱瑟琳·畢格羅的電影《末世紀暴潮》中，甚至通過大腦錄播機記錄下影像，并傳播到另一個人的頭腦中。在黑市中交易錄制的色情影像：進入陌生人的做愛經歷，感受黑幫老大的腎上腺素，以垂死之人的視角觀察世界。這部電影拍攝于上世紀90年代，是一部極佳的科幻片。今天，如果我們關注腦科研究，一定會問：這種應用程序何時能問世。

讀心術成了嚴肅科學。然而，我們要仔細讀一讀每條爆炸性新聞，看看實驗到底證明了什么。有人只用兩個電機信號向全世界傳送二進制字符嗎？這方法只在提前打開顱骨的情況下才會有效嗎？參加研究的英雄們必須先在大腦掃描儀上練習幾個小時嗎？

毗鄰柏林中央車站的柏林大學夏里特醫院，這里有讀心術總部之一。當然，研究人員從不這么說。約翰·迪倫·海恩斯借助磁管探看志愿者的大腦，既有新的可能性，又有神經技術方面的巨大障礙。功能磁共振成像是海恩斯最喜歡的方法，也被稱為大腦掃描。通過這一方法，研究人員已經能夠確定受試者想的是狗還是貓，是否想購買某種產品，在預定的數字上會如何加減，是否已經看過一個地方?！爱斘蚁肽承┦虑榈臅r候，一定會反映在某些大腦過程中?！焙６魉拐f，“意識的內容和大腦過程都存在，兩者顯然有系統性的關聯?！币环矫媸蔷?，一方面是人腦，人們嘗試用數學方法將它們關聯起來。

哲學家維特根斯坦認為，人只能用語言思考。100多年前，他這樣寫道：“語言的界限意味著世界的界限”。約翰·迪倫·海恩斯是一個務實的自然科學家。他傾向另一個定義?！八枷胧俏覀冇幸庾R地體驗的所有東西，”他說，“可能是最簡單的感覺、情感或圖像、記憶，也可以是復雜的語句結構?！?/p>

大腦掃描儀最初只測量腦部血流量的變化。原則上，血流量大的時候，大腦會消耗更多的能量，并且神經細胞（神經元）也會特別活躍。記錄上顯示米粒大小的體積形式（醫學上稱為體素）的活性?！斑@些圖像經常被誤解?！焙６魉拐f，“它們并不是大腦的照片，不會顯示想法在哪兒，它們首先表現出哪里發生了什么事兒?！蓖ㄟ^學習算法才可以從人腦的活動模式中得出有意義的闡釋。就像人們有特定的指紋，大腦活動也有特定的活動模式。然而大腦思考的方式各異。

人腦活動具有個人特征，并有不同的編碼?！澳呐挛覀兌荚谒伎家恢还?，我們的大腦活動也是不同的?！焙６魉拐f。狗狗——對于一些人來說，是蓬松的、毛茸茸的伙伴，是忠誠的童年好友；另一些人的腦海里則會浮現出狂吠或被撕咬的痛苦記憶。并不存在統一的思考模式，這一說法也適用于自行車或者蒙娜麗莎。所以，電腦必須首先學習人腦在活動時使用的編碼模式。研究員為海恩斯的核磁共振成像掃描儀的受試者每人設立了一個數據庫。他們可以通過對比模式重新構建出受試者想了什么。

可以從顱骨外解讀信號嗎？

受試者在大腦掃描儀下想一張照片或者一幅畫，數據就會被存儲在數據庫中，研究人員幾乎總能猜對。因為對應視覺和聽覺的大腦區域非常大，很容易測量。思維越抽象，相應的大腦信號越難被解讀。情緒或者意圖比圖像難歸類，語言思維則幾乎不能被讀取。這當然與該方法本身的巨大弱點有關：測量依賴相對較緩慢的血液流動。說話的時候，大腦的活動速度快到磁共振測量無法跟上。

更快的方法是讀取腦電波，即神經元發射時產生的電脈沖。它們就像是思維的現場錄制。不萊梅信息學家塔尼婭·舒爾茨大膽將這一方法應用于讀心術的重點：識別語言。

塔尼婭·舒爾茨與美國神經學家近來首次成功地重構腦電波中的完整語句。受試者被要求大聲朗讀肯尼迪的傳奇就職演講摘錄或者童謠。電極記錄其大腦皮層的活動模式。研究人員根據這些信號為每個人創建了聲音檔案館。每個聲音都和特定的神經元信號配對。接著再次閱讀文本，依據大腦信號，可以得出正確文本。這是全世界第一次。

還有一點要提及：受試者曾患癲癇，傳感器網絡在頭蓋骨下，被直接植入大腦皮層。大腦皮層的信號比顱骨外強得多。當然，只有出于治療的需要，才可以打開病人的頭骨。朗讀還激發了負責聽覺和嘴部動作的神經元，使得活動模式更加清晰。塔尼婭·舒爾茨說：“下一步將解讀人們心中想卻沒有說出口的話?！边@將是一大跨越。

還有一個有意思的問題：是否能從頭骨外面解讀這些信號。盡管人們可以使用腦電圖頭盔從頭皮讀出腦電波（EEG縮寫表示腦電圖，encephalon指腦，gráphein表示“寫”。）但是腦電圖不如侵入式方法或者腦部掃描那樣精確，因為頭骨就像隔音屏障一樣減弱了信號。

塔尼婭·舒爾茨樂觀地認為，這項技術總有一天會足夠先進，讀出人們心中所想。那時，完全癱瘓或者失去說話能力的人將會從中受益。他們可以這種方式與其親屬或監護人溝通。舒爾茨現在51歲，她認為自己有生之年能看到這一成果，但是強調：“這一切只適用于想要被人理解并且愿意合作的人，并不是隨意攔截和解碼人們心中的想法?！?/p>

如此看來，違背他人意愿搶奪其秘密似乎不可能。無論是功能磁共振成像技術，還是腦電圖頭盔法，受試者暫時都需要在科學家的指導下，花費幾個小時訓練，以充實自己大腦活動模式的數據庫。然而，不排除有一天會出現一個全能的通用譯碼器。在京都，為用意念控制家電而努力的研究人員，通過大數據算法仔細檢查來自數百部大腦掃描儀的公開數據，希望發現思維模式中的共同點。至少他們已經知道大腦是否和言語、情感、運動，社會或者其他的行為相關。

腦科研究人員處于兩難境地。他們不希望成為毫無顧忌的間諜，偷取他人腦子里的想法。他們想像塔尼婭·舒爾茨一樣，為癱瘓的人提供幫助?；蛘呦窦s翰·迪倫·海恩斯一樣，理解思維的機制。然而，軍方也早就對神經技術產生了興趣。美國軍方研究機構DARPA多年來一直在資助人機設備的開發。情報官員可以更迅速地分析大量諜照，士兵可以更快地識別危險情況。約翰·迪倫·海恩斯曾經聯系一位受英國政府委托追蹤恐怖分子的人。此人認為：“在這些情況下使用這種技術并不那么容易?！?/p>

機器能比我們自己更快地識別我們的意圖嗎？

實驗室的哪些會成為現實？海恩斯的同事本杰明·布蘭克茲也在研究這一問題。他是柏林工業大學的教授，和海恩斯一樣在柏林計算神經科學伯恩斯坦中心工作。不過，海恩斯通過15噸重的掃描儀探看受試者的大腦，而布蘭克茲使用的是可以輕松戴上的腦電圖頭盔。他的研究小組可以預估受試者是要移動左臂還是右臂，司機有什么行駛打算。

如果駕駛者想踩剎車，他的腦電波將泄露這一意圖——踩踏板的130毫秒之前大腦就已經做了決定。如果汽車的速度是100km/h，這段時間內汽車前進了約4米。布蘭克茲與戴姆勒合作的進行了這一實驗，這是讀心術的特別之處：識別意圖。為了縮短反應時間，理論上人們也許可以直接以腦電波信號進行制動。除了安全帶，駕駛者還要戴上腦電圖頭盔，但是這點小麻煩算不上什么。

如果最終可能因為路比較濕滑，司機不想猛踩剎車，在最后關頭做出了轉向的決定，會發生什么？如果計算機已經抓住了他的意圖，他還能收回這一念頭嗎？我們先不討論行車安全，只說說自由。在我們自己家里，要是機器比我們自己更快地了解到我們的意圖，那么在這個家里誰才是主人？在另一項實驗中，布蘭克茲和海恩斯證明，人在一個相對較晚的時間點還可以改變主意。在人的大腦中，“準備好了”這一信號并不一定意味著人會按照計劃行動。他仍然有改變決定的自由。如果意圖閱讀機瞬間就把大腦信號付諸行動，也許就限制了這一自由。這種行動是草率的，也許在駕車時并非好主意。接下來談一個對我們大家都有影響的問題。

3年前，伊萬·馬丁諾維奇被媒體炒得沸沸揚揚，記者把他比作“大腦黑客”。接著，他收到了一些陰謀論者的電子郵件。他只是做了身為虛擬網絡安全教授該做的事情：尋找漏洞。只是這一次在大腦中。

馬丁諾維奇從自己在網絡安全中心的辦公室看向牛津自然歷史博物館。在博物館中，過去的威脅顯而易見：霸王龍的巨型骨架。今天的威脅是不可見的，它隱藏在軟件和應用程序中，或許腦電波很快也會被竊聽。馬丁諾維奇在加州伯克利大學讀博士學位時就意識到這一點了。那時，電腦游戲中突然流行起了腦電圖設備，花300美元就可以買到。那時的想法是在游戲中使用意識的力量。

伊萬·馬丁諾維奇專門在世界上搜尋threat Models，有威脅的場景。當他看到腦電圖游戲設備的時候，立刻發現這一形式具有威脅性：設備可以讀取腦電波，并為應用程序提供原始數據。馬丁諾維奇對此并不反感。為什么不可以用腦電波玩電腦游戲呢？他只是在想，騙子會不會編寫一個應用程序，從腦電圖中竊取用戶的敏感信息。

研究人員為一個非專業的腦電圖設備配了14個電極，給30名學生戴上了頭盔，并給他們看屏幕。屏幕上的0到9分布就像自動取款機上的數字鍵盤一樣。數字交替閃現。他們的任務是：專注于密碼的第一個數字。學生們盯著顯示器，研究人員則觀察數據中的特別之處，收獲不少。

正確的密碼數字閃爍之后，約每三分之一秒，腦電圖出現一微小脈沖。神經學家稱此為P300脈沖（P為正電壓時，300為300毫秒）。該信號顯示注意力的改變，人們在一系列相同的聲音、圖畫或者照片中突然發現和自己相關的東西時，就會出現這一信號。令人驚訝的是，廉價的腦電圖設備也可以檢測到微弱的信號。牛津大學的研究人員只需要多閃幾次密碼數字，弱信號就會增加。

通過這種方式，他們立刻猜對20%參與者的密碼第一位。通過閃爍的地圖猜測參與者的居住地，得到的結果更好。他們還很快猜出了60%的學生的出生月份。對大型詐騙來說，這還不夠。但對于讀心術來說，這些數據已經是小小的轟動了。

當然，當人們頭戴腦電圖設備，連接上應用程序的時候，什么白癡會自愿把注意力集中在自己的密碼上呢？“這不是我們接下來要對付的攻擊?！币寥f·馬丁諾維奇說，“但騙子是足智多謀的?！彼麄儠噲D掩飾竊聽行為。他深信：“這僅僅是個開始?！?/p>

如果你這幾天與神經科學家聊天，就會經常聽到：這僅僅是個開始。但如果這只是開始，誰來寫續集呢？德國倫理委員會成員、漢堡大學法學教授萊因哈德·默克爾說：“律師，特別是辯護律師。我堅信在德國法院訴訟程序中，我們很快就可以看到神經技術?！?/p>

腦部掃描和腦電圖測量的安全性怎么樣？

2008年，在印度，首次有人因基于腦電圖測試的結果被定罪。法院認為，腦電圖測試可以證明被告毒死了她的未婚夫。他們根據幾句陳述假定了可能的作案過程。（“我買了砒霜”，“我叫烏迪特”，“我給他下了砒霜的糖果”）測量得出的大腦信號有相應的經驗基礎，檢察官認為：被告實際上經歷過這種情況。法院判處該女子無期徒刑。 “這個判決前所未聞?！比R因哈德·默克爾說，“這項技術并不足夠可靠。大腦沒有‘謊言區?！鄙窠浖夹g的彩色圖像讓法官和陪審團誤認為此方法是科學準確的，然而它根本算不上科學。評論家們認為這是圣誕樹效應，評委被華而不實的噱頭蒙蔽了。

在柏林，約翰·迪倫·海恩斯證明了，從大腦活動中可以看出一個人是否到過某個特定的地方，或者看過某個事物。但是：“準確率并沒有高到可以使用該信號作為不容置疑的證據?！蹦敲催@些信號到底可以說明什么？犯罪嫌疑人可能在現場，但沒有在作案時間在場，而是在作案前一天?？赡芩滥呈挛?，只是因為很多人有這件事物。作為首次試驗，海恩斯請同事帶上自己住所的照片，來做識別測試。調查失敗了，因為多數人在宜家買了家具，導致他們的家看起來驚人相似。

“實際應用的漏洞是巨大的?！焙６魉拐f。此外，如果被告不配合，神經技術也可能被智謀騙過。盯住屏幕上的錯誤對象，回憶起具有喚醒作用的事件，可能會破壞不同的神經過程。

萊因哈德·默克爾認為，律師用腦部掃描儀或者腦電圖測量儀收集當事人可信性的證據，這一行為是合法的?！安荒芤源俗C明被告有罪?！钡寝q護人需要為其減免罪責?！耙虼艘矐试S引入非確定性的方式。技術也在繼續發展?！蹦藸柦ㄗh，法律研究者應該熟悉腦研究的方法。

新技術并不像自然災害，人們無需認命。它們有值得討論的優缺點：是否需要邊界、禁令、規則？這取決于神經技術將來是與核能和水力壓裂是同級，還是與智能手機和太陽能發電一類。

謹慎起見，弗勞恩霍夫系統技術和創新研究所的科學家要求更好地保護數據?！吧窠浛茖W的數據，特別是與想法和感受相關的數據，顯然非常私密，因此必須被視為‘敏感?！?月初，他們在《南德意志報》中寫道?！懊舾袛祿牧斜黼m然很獨特，但是神經數據目前還不在列。根據現行法律，神經數據就像鞋碼測量一樣，受到同樣規則的約束?！?/p>

毫無疑問，一個所有想法都被公開的社會是殘酷的。但還有另一種積極的想象：思想、感情和大腦連接在一起，不需要把它們轉化成語言；成為反饋回路的一部分；聽大衛·羅森博姆的音樂會。

在6月的某星期一，大衛·羅森博姆在英國南部海岸的普利茅斯的音樂廳中，為兩個腦電圖頭帶找充電器。3個小時后，他的音樂會就開始了，這是彩排。羅森博姆是大腦音樂的先驅，40年來一直嘗試融合思想、感情和音樂于一體。他戴著木珠手鏈，穿著綠色夏威夷襯衫，再加上秘魯的彩色編織袋，也許是致敬他的嬉皮士時代，至少他已經把約翰·列儂和小野洋子連上了線，將他們的腦電波轉換天體樂聲圓舞曲。還有些人服用LSD來探索自己的知覺，而羅森博姆使用電。在他的一次表演中，聽眾要通過頭骨發送電脈沖。過去還沒有那么多倫理委員會。

世界各地的博物館為他準備了回顧性的展覽，但羅森博姆還沒有準備好。不是現在，因為全部的新型腦機設備進入了市場。普利茅斯在這一天舉辦了音樂-人腦-電腦設備的首次會議。羅森博姆做明星嘉賓。他是加州藝術學院的教授，從洛杉磯過來?，F在，他坐在筆記本電腦、音響合成器和55英寸屏幕的前方，跟兩位學生解釋晚上的計劃。這兩位學生研究實驗音樂，不厭惡實驗：邁克的博士專業是座頭鯨的歌聲，努利想將天體物理現象用音樂表現出來。他們戴上腦電波頭帶，閉上了眼睛。 “我并不打算要你們控制什么?！绷_森博姆說， “放松些，傾聽，閉上眼睛也沒關系。如果睜眼，盡可能少眨眼?！闭Ｑ蹠蓴_電子設備。 “一切順其自然?！绷_森博姆說。

排練完，當地電視臺的記者來了?！霸胍羰裁磿r候開始？”他問。噪音晚上7點，大衛·羅森博姆給觀眾做了簡短的解釋。他說：“邁克爾和努利從來沒有試過這一實驗?！边@兩位學生只聽，電腦會記錄他們的腦電波。腦電波頻率的變化會影響音響合成器的音調，除此之外，邁克爾和努利的腦電波變化時，音樂也會改變。然后音樂開始了，低聲、加強、高聲、低聲。揚聲器里發出來的聲音，聽起來有點像鯨在鐘乳石山洞里的歌聲，當然是主觀的。人機音樂設備的音樂專家們聚精會神地聽了30分鐘后，發出雷鳴般的掌聲。熱情有感染力，也讓人平靜。如果這些是邁克爾和努利心中所想，那么人們暫時用不著害怕特工了。

[譯自德國《時代周報》]