撬开失能者静默的外壳，聆听他们头脑内的呐喊

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“失能者”也能和这个世界聊聊

记者 | 程盟超

编辑 | 秦珍子

丹尼斯·迪格雷微笑注视着面前的虚拟键盘屏幕，在这位64岁的高位截瘫者身边，斯坦福大学顶尖的脑科学家正在测试，他是否能通过最新研制的脑机接口微芯片，仅凭想象操控光标，拼写出要表达的词汇。

迪格雷看起来很平静，他脑内上千个指挥手臂运动的神经元随思想高速运转。在正常人脑内，神经元发出的特定电信号能够驱动肢体。但对迪格雷这类失去行动能力的人来说，这些信号被植入大脑的传感器捕捉、输送，经过算法加工，变成操纵电脑的指令。

斯坦福大学的实验室鸦雀无声。迪格雷轮椅前的屏幕上，光标几乎毫无停顿地快速移动，点击着他想要的字母。

1分钟的测试结束，他拼出了8个单词，39个字母。实验室爆发出掌声，斯坦福大学近期的这项试验刷新了同类技术能达到的最高速度。对于那些虽有清醒大脑，但却无法运动、无法表达的“失能者”来说，这意味着他们有望将脑内奔腾不息的思想重新投射到现实。

▎吉米·亨德森、克里希纳·申诺伊与他们研发的脑内微芯片。斯坦福大学官方网站

中风、渐冻症、长期高位截瘫等疾病都可能将人拖入这种境地。20年前，法国时尚杂志《ELLE》总编辑让－多米尼克·鲍比突发中风，只剩左眼能眨动。他让助手念出字母，通过眨眼确认，借此拼写出《潜水钟与蝴蝶》一书。书的扉页上写道：“我的肉体已沉重如潜水钟，但内心仍渴望像蝴蝶般自由飞翔。”

之后两年，脑机接口成为生物医学界的热门概念。各国科学家都在尝试撬开失能者静默的外壳，聆听他们头脑内的呐喊。

更快，更小，更准确

当迪格雷“敲”完字母后，项目负责人之一的吉米·亨德森医生激动地搂住他大喊：“老兄，这都快赶上我拿手机打字的速度了！”

这是“脑机接口”始终追求的目标：更快的速度，更强的识别大脑意识的能力。

上世纪60年代以来，科学家一直在寻找让失能者轻松表达自己的办法。罹患渐冻症的物理学家霍金，如今佩戴着眼动电脑，通过红外线感知眼球的转动选择字母，再用眨眼或面部肌肉抖动锁定它。这是目前类似病患与外界交流的主要办法。

不幸的是，失能者的症状很可能加重。霍金一度有3根手指能动，如今却连面部肌肉都已僵硬，即使配有顶尖算法的联想输入，每分钟也只能拼写五六个单词。还有很多渐冻症患者，病情加重后甚至无法控制自己的眼球。

但他们依然有着丰富的想象力和强烈的交流欲望。清华大学医学院的高小榕教授是我国最早研究脑机接口的科学家之一，他告诉中国青年报·中青在线记者：“如果表达是人类最基本的自由，脑机接口就是守护人类自由的底线。”

与已有方法相比，这条“底线”潜力更大。斯坦福脑机接口项目的另一位负责人克里希纳·申诺伊教授直言：“只有脑机接口有能力倾听并表达隐藏在神经元里的声音。”

这意味着，脑机接口的终极目标是感知大脑全部所思所想，再瞬间解码成电子指令，在机器上实时表达。如果这个目标得以实现，失能者可以用计算机合成语音，与人自如交谈，或者控制假肢自由生活。

清华大学医学院洪波教授曾撰文解释，30年前，人们通过头皮上的电极，仅能分辨神经元传达的“是”和“否”信息——头顶会产生一阵特殊而微弱的脑电波。这和让－多米尼克·鲍比的字母表类似，在实用层面，效率很低。

到了21世纪，人类才穿过头皮表层，将脑机接口置入脑内运动皮层。从原理上讲，计算机不仅能替病人回答“是”或“否”，还能告诉外界，往左、往右、前进、后退。在传感器足够发达的情况下，还能反馈外界的刺激，让主人感受到模糊的“触感”。

近几年，欧美已实现30多例植入式脑机接口的人体临床试验。中风失能15年的老太太，用脑机接口传达的意念控制机械手，为自己端上了热乎乎的咖啡。因车祸截瘫的年轻人，操控假肢与奥巴马握手，并感受到手的触觉。

十几年前，申诺伊往猴子脑内植入的电极还像电路板一样。现在，放入迪格雷脑内的超级芯片比10毫克的小药片还小，上百个电极感知着迪格雷大脑运动皮层的变化。

“过去我们感应脑电波，如同站在演播室外聆听观众的鼓掌叫好。现在，我们则能站在指定观众面前，看着他。”亨德森医生说，神经传感技术改进的追求还包括“更小”，让植入脑内的电极更加不易耗损，同时用“微创”降低手术感染风险。更重要的是，斯坦福研究团队一直致力于探索神经元活动和运动的具体关系，不断优化将脑内电信号转化为计算机指令的算法。

这是迪格雷实现快速拼写的重要原因，浙江大学求是高等研究院的张韶岷副教授总结道：过去，人们对大脑这个“黑箱”的复杂运作过程知之甚少，对算法的改进更像无数次尝试后总结出的粗浅规律，来估计输入信号和结果之间的关系。而现在，随着脑科学的发展，人类可以更高效、有针对性地改进算法。

各学科联合起来

尽管整个学界都在为斯坦福大学的成功欢欣雀跃，亨德森医生想起向脑内植入芯片的那场手术，仍会脱口而出：“太难了！”

即使是拥有几十年临床经验的顶尖医生，在大脑中特定位置准确插入一枚微小的芯片也并不容易。亨德森清晰地记得，历时4小时的手术完成后，助手团队兴高采烈地出去吃披萨饼，他却瘫倒在手术室的椅子上。

这项研究因为太前沿，充满了不确定性。2006年，高位截瘫的美国年轻人马修·内格尔作为“第一个吃螃蟹的人”，接受了脑内电极移植，一度成功用思维控制屏幕光标，查邮件、玩游戏。但第二年，电极在脑内引发了感染，他因此去世。

10年过去了，依旧有很多问题制约着脑机接口的发展。

高小榕称之为“两难选择”。将电极植入脑内的有创脑机接口，感染风险迄今难以完全规避。植入大脑的电极作为外来物，会引起排异反应，形成疤痕组织。少则两三月，多则一两年，电极会被这些疤痕组织包裹，丧失感应脑电信号的能力。

也有不少科学家致力于研究无创的脑机接口，人只需戴上布满电极的头盔。但缺点在于感知脑电信号的能力实在太弱，“如同在10万人的体育场里听声音寻找一个人。”

高小榕表示，目前无创脑机接口的临床试验，都要先在受试者头皮涂上导电膏，只有处在安静的实验室环境中，才能取得比较好的效果。导电膏只需2小时就会干结在头皮上，显然还不具备在现实中推广的条件。

生物医学无法独自解决这么多问题，这项技术必须跨界。

斯坦福大学的脑机接口实验室，汇聚了生物医学、信息工程、临床医学、材料学甚至物理学等多个领域顶尖专家。申诺伊教授曾是纯粹的信息工程学家，12年前，他在一场学术会议上碰到了亨德森医生，才意识到将电极置入人脑之内是完全可行的。

“这是一场化学般的反应。”申诺伊说。

现在，脑机接口领域最有前景的突破，几乎都是跨界得来的。通信学家试图用干电极取代导电液感知脑电信号，生物医学和信息工程学家忙着探索脑神经元的运转奥秘，计算出更优的算法，临床医生努力降低感染的风险。

材料科学也大展身手。一种名为聚乙撑二氧噻吩的人造导电聚合物的反应速度已经比天然的神经细胞还快两倍，传输神经系统电子信号的效率更是当前使用的金属材料的10倍。有的科学家还在电极中成功加入抗炎因子，大大降低了手术感染的风险。

这些前景令张韶岷对脑机接口的未来充满信心：“半个世纪以前，我们还觉得在脑内放置电极治疗帕金森病，在心脏内放支架是天方夜谭呢。”

申诺伊和亨德森乐观地预测，不出10年，迪格雷脑内的这张芯片能就帮助全世界失能者重新发出自己的声音。

最酷的电子游戏

看到新闻，张韶岷很好奇，丹尼斯·迪格雷为什么愿意接受这场试验。

10年前，迪格雷在大雨中滑倒，折断脊椎，造成颈部以下高位截瘫。但比起重度中风和渐冻症患者，他仍可以自由说话，完全不需要借助芯片来翻译自己的想法。

不过，迪格雷压根儿不介意科研人员往他大脑里放置小东西，他甚至对亨德森笑着说：“这是我玩过最酷的电子游戏。”在他看来，能参与人类最尖端的科学尝试，本身就是很棒的事。

张韶岷想起他在美国布朗大学做博士后项目的经历，他所在的科研团队，在临床试验中得到两位身患渐冻症的老人的全力支持。

每周3到5天，科研团队都要在老人家中反复进行枯燥的试验，经常持续七八个小时。患者家属还会摆好饭菜，和技术人员一起用餐。

“这些人认为参与试验也是人生价值的实现。”张韶岷坦陈，目前在国内开展相关实验，还有很长的路要走。

我国的医疗监管部门目前还不允许植入脑内的脑机接口试验。为了取得临床的一手资料，浙江大学的科学家退而求其次，只打开颅骨但不进入大脑，在大脑表面进行研究。

即使如此，愿意配合的志愿者依旧寥寥无几。

高小榕觉得，中国的脑机接口技术难以向临床实践转化，有着非常复杂的背景。中国的医疗文化偏向保守是其一，社会资本的冷漠也难辞其咎。“在国外，有大量企业关注这个研究方向，临床志愿者能拿到物质补贴，中国没有这个体系。”

他也坦言，自己的实验室目前主要进行理论推进，临床转化做得不多。这是因为大学的学术评价体系仍以发表论文为主，在这个体系下，临床试验太费时间，“吃力不讨好。”

1999年，高小榕曾把简单的脑电感应设备和电器开关连接，让残疾人不用移动，就能控制电风扇、收音机、电灯。这个原始的脑机接口在当时引起了轰动，也让高小榕意识到，无论是残疾人，还是更严重的失能者，他们对自由的渴望不会比健康人少一丝一毫。

在《潜水钟与蝴蝶》出版两天后，让－多米尼克·鲍比离开了人世。他拼尽全力写出了儿时吃过腊肠的美味，健康时泡澡的温暖，也记录了患病后访客的自言自语、理疗师的温柔以及亲人不经意间垂下的泪珠。

脑机接口未来追求的目标，是让失能者不必惜字如金，不必追求意义，他们可以随便聊聊，随便得就像迪格雷用意念敲出的那句话：“矫健的棕色狐狸越过了慵懒的狗。”

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