脑脑研究：读心术成真？

崔恒

2014年3月28日，在印度海滨城市锡鲁万纳塔普拉姆，一名身穿黄色T恤的男子坐在显示屏前，试图将信息发送到欧洲斯特拉斯堡。信息传达人和接收人都不可以说话，连一根手指也不能动。研究人员想以此实验证明脑脑交流。他们希望读出人脑中的想法并写入别处。

在印度，該男子头戴设有8个电极的头盔，看上去有些奇怪，像是连着电缆的水球运动员。不过，他并不需要赢得什么选美大赛，只需要发一条消息，更具体地说：一个由0和1组成的位串编码而成的词。如果他发送了1，就表示移动了手；如果他发送了0，就表示移动了脚。头盔上的电极记录大脑皮质运动区的信号。计算机通过电子邮件把位串发送至欧洲，就像头脑中的摩尔斯电码。

与此同时，在斯特拉斯堡的实验室里，一个人的眼睛被睡眠面罩遮着。大脑视觉中心位于后脑勺处。一只机械臂操纵着后脑勺上的电磁线圈。如果印度方面发出一个1，一磁脉冲就会刺激视觉中心，他就可以感知到闪光。如果发出0，另一磁脉冲被触发，就不会闪光。70分钟后，该男子收到来自印度锡鲁万纳塔普拉姆的140字节，计算机解读出了这一消息。人类首次实现了无语言的大脑间信息传递：“Hola”（译注：西班牙语，意为你好）。

通常，人们对于心灵感应有另外的理解，并不只是花费70多分钟之久，通过想象手脚移动，用西班牙语打声招呼。可是电话时代的开端尽管稍微有趣些，不也一样很微小吗？1861年10月26日，在法兰克福的一个礼堂前，“马不吃黄瓜沙拉”这句话被对着麦克风话筒讲了出来，以电流的形式传到礼堂里，由电话发明者约翰·菲力浦·雷斯在目瞪口呆的观众面前重复了出来。雷斯是否想过，150年后的人们在散步的时候，无需电线即可打越洋电话呢？脑脑交流和读心术会延续相似的历史吗？我们以后也会像回忆马和黄瓜沙拉一样，回顾来自印度锡鲁万纳塔普拉姆的“Hola”吗？

研究头脑摩尔斯电码的法国人和西班牙人都不保守。“我们更愿意称之为灵魂交流，而不是脑脑交流。”他们在发表的文章中写道：“因为无论是发送还是接收消息都要求参与者有意识的活动。”这一说法很大胆，也许很离谱。

大脑还是灵魂，差异可谓不小。脑科研究者记录神经元活动、血流、氧含量。灵魂研究者解读思想，深入人类的自我。大脑和灵魂有某种联系。如何才能解密其中的关联？目前一切都与该问题相关。

世界各地的科学家们都在钻研。他们扫描志愿者的大脑，给他们带上电极头盔或者在病人头骨下插入传感器。他们想从大脑数据中探寻受试者的意图、感情或者是他们脑中的图像、旋律甚至文字。

通过思想交流——是进步还是噩梦？

一些人认为这项研究是福音。通过新型的人机设备，完全瘫痪者也可以与亲属或护理人员交流。在京都，脑神经研究者石井信创建了一个模型屋，居民通过脑电波远程控制家用电器。游戏厂商将神经反馈的游戏视为下个大事件。

另一些人认为神经技术将是一场噩梦。戴夫·埃格斯的小说《圆圈》描绘了一个超透明的社会。圆圈是一个超级公司，集苹果、谷歌、脸书于一体。所有的行为、朋友、文字都会被圆圈公开。在最后一幕中，主角之一在重症监护室陷入昏迷状态。监视器上显示了她的脑电波，但没有人能读懂这些信号，圆圈公司也不能解密的这些数据。这是多么轰动的事件啊！圆圈必须改变。

人们喜欢窥探、反复窥探其他人心中的想法。想知道别人在想什么，是否有所隐瞒或者撒谎，是否回应我们的感情，真正的他们是什么样的。凯瑟琳·毕格罗的电影《末世纪暴潮》中，甚至通过大脑录播机记录下影像，并传播到另一个人的头脑中。在黑市中交易录制的色情影像：进入陌生人的做爱经历，感受黑帮老大的肾上腺素，以垂死之人的视角观察世界。这部电影拍摄于上世纪90年代，是一部极佳的科幻片。今天，如果我们关注脑科研究，一定会问：这种应用程序何时能问世。

读心术成了严肃科学。然而，我们要仔细读一读每条爆炸性新闻，看看实验到底证明了什么。有人只用两个电机信号向全世界传送二进制字符吗？这方法只在提前打开颅骨的情况下才会有效吗？参加研究的英雄们必须先在大脑扫描仪上练习几个小时吗？

毗邻柏林中央车站的柏林大学夏里特医院，这里有读心术总部之一。当然，研究人员从不这么说。约翰·迪伦·海恩斯借助磁管探看志愿者的大脑，既有新的可能性，又有神经技术方面的巨大障碍。功能磁共振成像是海恩斯最喜欢的方法，也被称为大脑扫描。通过这一方法，研究人员已经能够确定受试者想的是狗还是猫，是否想购买某种产品，在预定的数字上会如何加减，是否已经看过一个地方。“当我想某些事情的时候，一定会反映在某些大脑过程中。”海恩斯说，“意识的内容和大脑过程都存在，两者显然有系统性的关联。”一方面是精神，一方面是人脑，人们尝试用数学方法将它们关联起来。

哲学家维特根斯坦认为，人只能用语言思考。100多年前，他这样写道：“语言的界限意味着世界的界限”。约翰·迪伦·海恩斯是一个务实的自然科学家。他倾向另一个定义。“思想是我们有意识地体验的所有东西，”他说，“可能是最简单的感觉、情感或图像、记忆，也可以是复杂的语句结构。”

大脑扫描仪最初只测量脑部血流量的变化。原则上，血流量大的时候，大脑会消耗更多的能量，并且神经细胞（神经元）也会特别活跃。记录上显示米粒大小的体积形式（医学上称为体素）的活性。“这些图像经常被误解。”海恩斯说，“它们并不是大脑的照片，不会显示想法在哪儿，它们首先表现出哪里发生了什么事儿。”通过学习算法才可以从人脑的活动模式中得出有意义的阐释。就像人们有特定的指纹，大脑活动也有特定的活动模式。然而大脑思考的方式各异。

人脑活动具有个人特征，并有不同的编码。“哪怕我们都在思考一只狗，我们的大脑活动也是不同的。”海恩斯说。狗狗——对于一些人来说，是蓬松的、毛茸茸的伙伴，是忠诚的童年好友；另一些人的脑海里则会浮现出狂吠或被撕咬的痛苦记忆。并不存在统一的思考模式，这一说法也适用于自行车或者蒙娜丽莎。所以，电脑必须首先学习人脑在活动时使用的编码模式。研究员为海恩斯的核磁共振成像扫描仪的受试者每人设立了一个数据库。他们可以通过对比模式重新构建出受试者想了什么。

可以从颅骨外解读信号吗？

受试者在大脑扫描仪下想一张照片或者一幅画，数据就会被存储在数据库中，研究人员几乎总能猜对。因为对应视觉和听觉的大脑区域非常大，很容易测量。思维越抽象，相应的大脑信号越难被解读。情绪或者意图比图像难归类，语言思维则几乎不能被讀取。这当然与该方法本身的巨大弱点有关：测量依赖相对较缓慢的血液流动。说话的时候，大脑的活动速度快到磁共振测量无法跟上。

更快的方法是读取脑电波，即神经元发射时产生的电脉冲。它们就像是思维的现场录制。不莱梅信息学家塔尼娅·舒尔茨大胆将这一方法应用于读心术的重点：识别语言。

塔尼娅·舒尔茨与美国神经学家近来首次成功地重构脑电波中的完整语句。受试者被要求大声朗读肯尼迪的传奇就职演讲摘录或者童谣。电极记录其大脑皮层的活动模式。研究人员根据这些信号为每个人创建了声音档案馆。每个声音都和特定的神经元信号配对。接着再次阅读文本，依据大脑信号，可以得出正确文本。这是全世界第一次。

还有一点要提及：受试者曾患癫痫，传感器网络在头盖骨下，被直接植入大脑皮层。大脑皮层的信号比颅骨外强得多。当然，只有出于治疗的需要，才可以打开病人的头骨。朗读还激发了负责听觉和嘴部动作的神经元，使得活动模式更加清晰。塔尼娅·舒尔茨说：“下一步将解读人们心中想却没有说出口的话。”这将是一大跨越。

还有一个有意思的问题：是否能从头骨外面解读这些信号。尽管人们可以使用脑电图头盔从头皮读出脑电波（EEG缩写表示脑电图，encephalon指脑，gráphein表示“写”。）但是脑电图不如侵入式方法或者脑部扫描那样精确，因为头骨就像隔音屏障一样减弱了信号。

塔尼娅·舒尔茨乐观地认为，这项技术总有一天会足够先进，读出人们心中所想。那时，完全瘫痪或者失去说话能力的人将会从中受益。他们可以这种方式与其亲属或监护人沟通。舒尔茨现在51岁，她认为自己有生之年能看到这一成果，但是强调：“这一切只适用于想要被人理解并且愿意合作的人，并不是随意拦截和解码人们心中的想法。”

如此看来，违背他人意愿抢夺其秘密似乎不可能。无论是功能磁共振成像技术，还是脑电图头盔法，受试者暂时都需要在科学家的指导下，花费几个小时训练，以充实自己大脑活动模式的数据库。然而，不排除有一天会出现一个全能的通用译码器。在京都，为用意念控制家电而努力的研究人员，通过大数据算法仔细检查来自数百部大脑扫描仪的公开数据，希望发现思维模式中的共同点。至少他们已经知道大脑是否和言语、情感、运动，社会或者其他的行为相关。

脑科研究人员处于两难境地。他们不希望成为毫无顾忌的间谍，偷取他人脑子里的想法。他们想像塔尼娅·舒尔茨一样，为瘫痪的人提供帮助。或者像约翰·迪伦·海恩斯一样，理解思维的机制。然而，军方也早就对神经技术产生了兴趣。美国军方研究机构DARPA多年来一直在资助人机设备的开发。情报官员可以更迅速地分析大量谍照，士兵可以更快地识别危险情况。约翰·迪伦·海恩斯曾经联系一位受英国政府委托追踪恐怖分子的人。此人认为：“在这些情况下使用这种技术并不那么容易。”

机器能比我们自己更快地识别我们的意图吗？

实验室的哪些会成为现实？海恩斯的同事本杰明·布兰克兹也在研究这一问题。他是柏林工业大学的教授，和海恩斯一样在柏林计算神经科学伯恩斯坦中心工作。不过，海恩斯通过15吨重的扫描仪探看受试者的大脑，而布兰克兹使用的是可以轻松戴上的脑电图头盔。他的研究小组可以预估受试者是要移动左臂还是右臂，司机有什么行驶打算。

如果驾驶者想踩刹车，他的脑电波将泄露这一意图——踩踏板的130毫秒之前大脑就已经做了决定。如果汽车的速度是100km/h，这段时间内汽车前进了约4米。布兰克兹与戴姆勒合作的进行了这一实验，这是读心术的特别之处：识别意图。为了缩短反应时间，理论上人们也许可以直接以脑电波信号进行制动。除了安全带，驾驶者还要戴上脑电图头盔，但是这点小麻烦算不上什么。

如果最终可能因为路比较湿滑，司机不想猛踩刹车，在最后关头做出了转向的决定，会发生什么？如果计算机已经抓住了他的意图，他还能收回这一念头吗？我们先不讨论行车安全，只说说自由。在我们自己家里，要是机器比我们自己更快地了解到我们的意图，那么在这个家里谁才是主人？在另一项实验中，布兰克兹和海恩斯证明，人在一个相对较晚的时间点还可以改变主意。在人的大脑中，“准备好了”这一信号并不一定意味着人会按照计划行动。他仍然有改变决定的自由。如果意图阅读机瞬间就把大脑信号付诸行动，也许就限制了这一自由。这种行动是草率的，也许在驾车时并非好主意。接下来谈一个对我们大家都有影响的问题。

3年前，伊万·马丁诺维奇被媒体炒得沸沸扬扬，记者把他比作“大脑黑客”。接着，他收到了一些阴谋论者的电子邮件。他只是做了身为虚拟网络安全教授该做的事情：寻找漏洞。只是这一次在大脑中。

马丁诺维奇从自己在网络安全中心的办公室看向牛津自然历史博物馆。在博物馆中，过去的威胁显而易见：霸王龙的巨型骨架。今天的威胁是不可见的，它隐藏在软件和应用程序中，或许脑电波很快也会被窃听。马丁诺维奇在加州伯克利大学读博士学位时就意识到这一点了。那时，电脑游戏中突然流行起了脑电图设备，花300美元就可以买到。那时的想法是在游戏中使用意识的力量。

伊万·马丁诺维奇专门在世界上搜寻threat Models，有威胁的场景。当他看到脑电图游戏设备的时候，立刻发现这一形式具有威胁性：设备可以读取脑电波，并为应用程序提供原始数据。马丁诺维奇对此并不反感。为什么不可以用脑电波玩电脑游戏呢？他只是在想，骗子会不会编写一个应用程序，从脑电图中窃取用户的敏感信息。

研究人员为一个非专业的脑电图设备配了14个电极，给30名学生戴上了头盔，并给他们看屏幕。屏幕上的0到9分布就像自动取款机上的数字键盘一样。数字交替闪现。他们的任务是：专注于密码的第一个数字。学生们盯着显示器，研究人员则观察数据中的特别之处，收获不少。

正确的密码数字闪烁之后，约每三分之一秒，脑电图出现一微小脉冲。神经学家称此为P300脉冲（P为正电压时，300为300毫秒）。该信号显示注意力的改变，人们在一系列相同的声音、图画或者照片中突然发现和自己相关的东西时，就会出现这一信号。令人惊讶的是，廉价的脑电图设备也可以检测到微弱的信号。牛津大学的研究人员只需要多闪几次密码数字，弱信号就会增加。

通过这种方式，他们立刻猜对20%参与者的密码第一位。通过闪烁的地图猜测参与者的居住地，得到的结果更好。他们还很快猜出了60%的学生的出生月份。对大型诈骗来说，这还不够。但对于读心术来说，这些数据已经是小小的轰动了。

当然，当人们头戴脑电图设备，连接上应用程序的时候，什么白痴会自愿把注意力集中在自己的密码上呢？“这不是我们接下来要对付的攻击。”伊万·马丁诺维奇说，“但骗子是足智多谋的。”他们会试图掩饰窃听行为。他深信：“这仅仅是个开始。”

如果你这几天与神经科学家聊天，就会经常听到：这仅仅是个开始。但如果这只是开始，谁来写续集呢？德国伦理委员会成员、汉堡大学法学教授莱因哈德·默克尔说：“律师，特别是辩护律师。我坚信在德国法院诉讼程序中，我们很快就可以看到神经技术。”

脑部扫描和脑电图测量的安全性怎么样？

2008年，在印度，首次有人因基于脑电图测试的结果被定罪。法院认为，脑电图测试可以证明被告毒死了她的未婚夫。他们根据几句陈述假定了可能的作案过程。（“我买了砒霜”，“我叫乌迪特”，“我给他下了砒霜的糖果”）测量得出的大脑信号有相应的经验基础，检察官认为：被告实际上经历过这种情况。法院判处该女子无期徒刑。 “这个判决前所未闻。”莱因哈德·默克尔说，“这项技术并不足够可靠。大脑没有‘谎言区。”神经技术的彩色图像让法官和陪审团误认为此方法是科学准确的，然而它根本算不上科学。评论家们认为这是圣诞树效应，评委被华而不实的噱头蒙蔽了。

在柏林，约翰·迪伦·海恩斯证明了，从大脑活动中可以看出一个人是否到过某个特定的地方，或者看过某个事物。但是：“准确率并没有高到可以使用该信号作为不容置疑的证据。”那么这些信号到底可以说明什么？犯罪嫌疑人可能在现场，但没有在作案时间在场，而是在作案前一天。可能他知道某事物，只是因为很多人有这件事物。作为首次试验，海恩斯请同事带上自己住所的照片，来做识别测试。调查失败了，因为多数人在宜家买了家具，导致他们的家看起来惊人相似。

“实际应用的漏洞是巨大的。”海恩斯说。此外，如果被告不配合，神经技术也可能被智谋骗过。盯住屏幕上的错误对象，回忆起具有唤醒作用的事件，可能会破坏不同的神经过程。

莱因哈德·默克尔认为，律师用脑部扫描仪或者脑电图测量仪收集当事人可信性的证据，这一行为是合法的。“不能以此证明被告有罪。”但是辩护人需要为其减免罪责。“因此也应允许引入非确定性的方式。技术也在继续发展。”默克尔建议，法律研究者应该熟悉脑研究的方法。

新技术并不像自然灾害，人们无需认命。它们有值得讨论的优缺点：是否需要边界、禁令、规则？这取决于神经技术将来是与核能和水力压裂是同级，还是与智能手机和太阳能发电一类。

谨慎起见，弗劳恩霍夫系统技术和创新研究所的科学家要求更好地保护数据。“神经科学的数据，特别是与想法和感受相关的数据，显然非常私密，因此必须被视为‘敏感。”6月初，他们在《南德意志报》中写道。“敏感数据的列表虽然很独特，但是神经数据目前还不在列。根据现行法律，神经数据就像鞋码测量一样，受到同样规则的约束。”

毫无疑问，一个所有想法都被公开的社会是残酷的。但还有另一种积极的想象：思想、感情和大脑连接在一起，不需要把它们转化成语言；成为反馈回路的一部分；听大卫·罗森博姆的音乐会。

在6月的某星期一，大卫·罗森博姆在英国南部海岸的普利茅斯的音乐厅中，为两个脑电图头带找充电器。3个小时后，他的音乐会就开始了，这是彩排。罗森博姆是大脑音乐的先驱，40年来一直尝试融合思想、感情和音樂于一体。他戴着木珠手链，穿着绿色夏威夷衬衫，再加上秘鲁的彩色编织袋，也许是致敬他的嬉皮士时代，至少他已经把约翰·列侬和小野洋子连上了线，将他们的脑电波转换天体乐声圆舞曲。还有些人服用LSD来探索自己的知觉，而罗森博姆使用电。在他的一次表演中，听众要通过头骨发送电脉冲。过去还没有那么多伦理委员会。

世界各地的博物馆为他准备了回顾性的展览，但罗森博姆还没有准备好。不是现在，因为全部的新型脑机设备进入了市场。普利茅斯在这一天举办了音乐-人脑-电脑设备的首次会议。罗森博姆做明星嘉宾。他是加州艺术学院的教授，从洛杉矶过来。现在，他坐在笔记本电脑、音响合成器和55英寸屏幕的前方，跟两位学生解释晚上的计划。这两位学生研究实验音乐，不厌恶实验：迈克的博士专业是座头鲸的歌声，努利想将天体物理现象用音乐表现出来。他们戴上脑电波头带，闭上了眼睛。 “我并不打算要你们控制什么。”罗森博姆说， “放松些，倾听，闭上眼睛也没关系。如果睁眼，尽可能少眨眼。”眨眼会干扰电子设备。 “一切顺其自然。”罗森博姆说。

排练完，当地电视台的记者来了。“噪音什么时候开始？”他问。噪音晚上7点，大卫·罗森博姆给观众做了简短的解释。他说：“迈克尔和努利从来没有试过这一实验。”这两位学生只听，电脑会记录他们的脑电波。脑电波频率的变化会影响音响合成器的音调，除此之外，迈克尔和努利的脑电波变化时，音乐也会改变。然后音乐开始了，低声、加强、高声、低声。扬声器里发出来的声音，听起来有点像鲸在钟乳石山洞里的歌声，当然是主观的。人机音乐设备的音乐专家们聚精会神地听了30分钟后，发出雷鸣般的掌声。热情有感染力，也让人平静。如果这些是迈克尔和努利心中所想，那么人们暂时用不着害怕特工了。

[译自德国《时代周报》]