脑机：为什么人类能被“改造”？

你好，欢迎来到孙瑜的《脑机接口》课。接下来，我将用第一人称为你转述。

在课程的开篇，我想你最好奇的是，脑机接口为什么可以“改造”人类呢？

一、“问题”和“谜”

回答这个问题之前，我想带你区分两个概念——“问题”和“谜”。这是语言学家诺姆·乔姆斯基（Avram Noam Chomsky）提出来的。

为什么这两个概念这么重要呢？因为所有未知的事物，都可以被划分为“问题”或者“谜”。

当我们面对“问题”的时候，虽然不知道它的解法，但不断增加的知识会给提供新的解题思路。而面对“谜”就不一样了，我们只能靠猜，猜不出来就只能干瞪眼，对找到问题的解决思路没有任何帮助。

打个比方，你参加一场数学考试，可能会遇到难题，但你很清楚，它有答案。如果你仔细研究或者问老师，肯定能找到解题思路。那么这道难题，就属于“问题”。

另一种情况，你拿到了一张白卷，或者卷子上是完全陌生的符号，你连题都看不懂，这就是“谜”。

从这个思路来看，100年前的大脑就是一个“谜”。那时候我们想做脑机接口，只能说是科幻。而进入21世纪后，脑机接口却发展很快，很大程度上就是因为关于大脑的“谜”，正在被科学家逐一攻破。

而这其中最关键的突破，就是神经科学家重新理解了大脑可塑性。在这个过程中，我们才知道，脑机接口可以真的可以用来“改造”人类。

二、什么是大脑可塑性呢？

我先问你一个问题：如果你是个驾驶经验丰富的老司机，你有没有体验过“人车合一”的感觉呢？

所谓“人车合一”，就是你开车的时候，对外界的感觉从自己的身体扩展到了汽车的车体，你不用看，就知道车离马路牙子有多远。

你可能觉得，这不就是长期练习以后，形成了肌肉记忆嘛！在神经学家看来，这可没有这么简单，“车感”这种现象和大脑的可塑性有关。这种可塑性的概念很宽泛，不过我在这里要说的可塑性是：大脑能重新定义身体的边界。

大脑定义身体边界，这个概念和我们的常识非常不同。一般我们认为，你自己身体的物理边界是不会改变的。

这是因为你的身体就像是一个传感器，大脑做决策的时候，要先接收到身体传过来的信号，然后根据这些信号判断一下，再给身体发指令。这就像一个军队指挥官，要先听一听侦察兵带回来的消息，再下达作战命令。

这么说有点抽象，我来举个例子吧：你准备喝咖啡，如果温度合适，你会直接端起来喝掉。但这个简单过程，其实背后有一整套大脑和侦察兵互动的“神经回路”。

所谓“神经回路”大概是说，你手上的感觉细胞，感受了咖啡的温度。这个信息就通过身体里的神经网络，传递给了大脑。大脑判断：“正好是我喜欢的温度”，那么大脑就把信号再传递给手的肌肉细胞，命令手端起这杯咖啡。

这就是一个“神经回路”的模型。

三、幻肢与镜箱

但是，所有的情况都是这样的吗？会不会大脑这个指挥官，并不是时时刻刻都得听侦察兵的呢？

我们来看一个“幻肢”的例子。幻觉的幻，肢体的肢。幻肢是说，有些人不幸被截肢，比如失去了手，但他总觉得那只手还在。而且这个不存在的手还常常会有剧烈的疼痛感，或者僵硬的瘫痪感。这种感觉，我们称之为“幻肢痛”。

如果按照刚才我们说的“神经回路”模型，那幻肢痛就太奇怪了。“手”这个侦察兵都不存在了，是谁给大脑提供的反馈呢？这么看，“幻肢痛”就是一个“谜”。

这个“谜”困扰了科学家很久，直到有一个著名的神经科学家拉玛钱德朗(V. S. Ramachandran)找到了解决方法。他竟然用一个简单的“镜箱”设备，就把幻肢痛给治好了。

镜箱，就是一面镜子和一个纸箱的组合。它的原理很简单，就是病人把健全的手伸进箱子里，通过镜子的反射，他以为看到自己失去的手。病人活动那只健全的手，会以为在活动幻肢。一段时间之后，疼痛感居然就减轻了。

镜箱的构造，你看下文稿里的图片，一下就明白了。

那为什么这么简单的一个设备，能治好困扰科学家多年的难题呢？

拉玛钱德琅认为，幻肢现象是因为失去的手，仍然被大脑定义在身体的边界之内。具体来说，这是由于大脑已经有了对身体全局洞察。它自己会对身体有个预判，认为还能指挥这只手。

但手却没法给大脑反馈，所以，当大脑频繁指挥，比如说让手活动，手却一动不动的时候，大脑就觉得，这只手瘫痪了。于是就有了僵硬或者疼痛的幻肢感觉。

镜箱所做的，其实就是用错觉告诉大脑：“看！你的手就在这里，你能指挥它”。那么之前感到的痛感，通过活动这个幻肢，逐渐就消退了。

你看，神经科学家就这样解开了幻肢的第一个“谜”。不过我要说的是，这个“谜”的解答并不是一个终点，而是脑机接口的起点。

它给我们这些做脑机接口的科学家，提出了一个很真实的问题，那就是：既然大脑可以随意修改身体的边界，那机器能不能被囊括进这个边界呢？

四、大脑皮层重组与脑机接口

要回答这个问题，我们其实需要解开另外一个“谜”。那就是，当身体边界发生改变的时候，在大脑里究竟发生了什么呢？

还是幻肢的例子，给了我们启发。

拉玛钱德琅发现，幻肢病人的大脑，的确发生了一些真实的改变，他们的大脑皮层进行了重组。

你一定知道，大脑皮层就相当于是人的中央处理器。日常生活中我们大部分行为和复杂认知，比如说思考、说话、视觉听觉、运动，甚至是你的性格，都跟大脑皮层有关。

想到大脑的时候，你眼前会浮现出的那个很多褶皱和沟壑的大脑形态，其实那个就是皮层的样子。

一般情况来说，大脑皮层上的区域，跟身体的感觉、运动，是有比较明确的对应关系的。比如指挥手有一个专门的脑区，指挥脸的又是一个不同的脑区。

可是拉玛钱德琅在研究幻肢的时候却发现，他刺激病人的面部的神经，竟然让病人觉得，自己的幻肢有被刺激的感觉。

用脑磁图的技术观测，他们发现，在大脑里面，指挥手的脑区已经不活跃了，但是刺激脸的时候，那部分的脑区又被激活了。换句话说，面部的脑区，已经霸占了幻肢原来对应的脑区。

镜箱训练之所以能有效，就是因为让大脑纠正了这个“错误”的对应关系。大脑皮层和身体恢复了原来的指挥关系以后，疼痛感也随之消失了。

所以，回到我们最初所说的，大脑和身体的关系问题。

幻肢的例子让我们看到，大脑并不是时刻都要依赖身体这个侦察兵。大脑这位指挥官，对身体有一个全局的洞察，有它自己关于身体边界的世界模型。

不过，大脑的全局洞察是可以被重塑的，皮层的重组，就是大脑可塑性的一种体现。

那么这种大脑可塑性，就给脑机接口又提了一个问题：既然我们用“镜箱”这么简单的设备，经过长期的练习都能引导大脑皮层重组，那有没有可能我们借助更复杂的机器，主动刺激大脑，让皮层重组更高效地发生呢？

我比较熟悉的一个脑机接口产品，叫 BrainPort（大脑港），就是这么做的。这是美国一家生物医疗器械公司 Wicab 开发的。他们能用一种小仪器，让盲人用“舌头”看到世界。

这个小仪器的关键部件是个电极芯片，像棒棒糖一样能含在嘴里，还有一副能采集图像的眼镜。眼镜会收集图像信号，比如说形状、大小、深度、角度。这些信号被转化为不同的电刺激，通过芯片刺激盲人的舌头。这样，盲人就通过舌头“看见”东西了。

随着训练增多，舌头的感觉皮层会侵占视觉皮层，舌头就更加敏锐，能辨别更清晰的图像。这个技术是美国的“感觉替代之父”巴赫里塔（Paul Bach-y-Rita）教授的实验室做出来的。

好了，总结一下。在这一讲，我们通过幻肢的例子，看到了大脑惊人的可塑性。这种特质让我们可以利用机器修复身体的机能，这也是我们做脑机接口的初衷。

更重要的是，这让我们看到人机真的可以融合。在未来，机器可能不仅仅是我们工具，而是我们身体的一部分。我们操控机械臂的时候，也许会形成像“车感”那样，人机合一的感觉。

思考题

对于大脑可塑性，你在日常生活和工作当中，又有什么样的体会呢，欢迎留言与大家分享？

下节预告

可塑性只是大脑带给我们的很多谜团之一，我们对大脑真正的了解还少之又少。摆在脑机接口面临的一个很现实的问题是，我们怎么把大脑和机器连接起来呢？难道要开颅吗？下一讲，我们来聊聊这个话题。