在電影《駭客帝國》的開場中，一列列奇怪的鍵盤字元從老式的單色電腦螢幕上滾落下來。它們代表著被剝開的數字體驗帷幕，提醒我們，我們體驗到的每一種味道、氣味和顏色，在某種程度上都是一種欺騙——一個故事，由大腦在頭骨安靜的黑暗中逐字逐句地計算出來。我們不需要特殊的硬體來進入“駭客帝國”。我們只需要理解我們被賦予的特殊硬體：我們的大腦。
我們無法像《駭客帝國》那樣隨心所欲地改變體驗的原因是，我們並不真正理解神經密碼。大腦沒有像艾倫·圖靈這樣的人物，可以研究任意的大腦活動模式，然後說：“現在正在體驗一隻米色貓的影像。”神經科學家知道，感官體驗的具體內容與大腦活動的時間和/或空間模式有關。但當付諸實踐，即使是最基本的機制問題，我們的無知也很快顯現出來。如果幾個腦細胞提前半秒放電，你還會看到那隻米色貓嗎？如果又有三個細胞快速連續放電呢？面對這些問題，神經科學家所能做的只是聳聳肩，並對密碼、模式以及時間可能的重要性做出一些籠統的說法。但是紐約大學的德米特里·林伯格和他的研究小組可能剛剛揭示了一個部分答案。
在最近一篇引人入勝的論文中，研究人員使用精確控制的光點，直接將一種幻嗅插入到小鼠的嗅覺大腦中心，完全繞過了鼻子。他們還能夠系統地調整這種模式，並測試動物的體驗如何變化。這項研究是迄今為止在“體驗入侵”方面最膽大和最系統的努力之一。
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植入一種特定的、可重複的、易於調整且完全合成的知覺絕非易事。為了做到這一點，林伯格和他的同事使用了基因改造的小鼠，這些小鼠的嗅覺神經元中偷偷植入了一種光敏視紫紅質蛋白。當光線照射到這些經過改造的神經元時，會引發神經活動——短暫的電“尖峰”，這是神經系統的基本語言——其時間可以被精確控制。由於大腦中處理來自鼻子的感覺資訊的部分恰好位於頭骨表面附近，研究人員能夠跳過鼻子，寫入他們自己設計的人工氣味。透過直接刺激嗅覺大腦，該團隊基本上可以完全控制哪些細胞被啟用，它們的排列方式以及何時被啟用。科學家們透過撥動一個簡單的燈光開關，創造了定製的氣味。
大多數自然氣味會在大腦中引起廣泛且時間複雜的活動。然而，為了探測和入侵神經密碼，研究人員選擇了一種適度且易於管理的模式，即六個小點，隨機分佈並依次刺激——一段持續約三分之一秒的六音符神經元旋律。小鼠永遠無法確切地告訴我們，但這種“音符”模式大概對它們來說聞起來像某種東西，因為它能夠與其他氣味以及行為測試中的其他六音符模式區分開來。
在實驗的關鍵部分，小鼠玩了一個“找出差異”的遊戲。由於它們首先被訓練成僅對原始的六音符模板表現出舔舐行為，實驗人員可以測量當模式被調整時舔舐行為持續的程度——從而衡量小鼠被這種變化欺騙的程度。如果一個特定的變化——例如，僅僅遺漏了合奏中的第一個音符——能夠被輕易且可靠地檢測到，那麼這就表明該音符對體驗至關重要。相反，例如，如果改變第六個神經母音符的身份沒有被注意到，那麼它對體驗的影響就較小。與早期工作（其中大部分由林伯格小組完成）一致，早期的神經母音符往往比後期的音符包含更多資訊，對感知更重要。更普遍地說，神經活動的確切時間被發現是氣味編碼的關鍵變數，這與一些有影響力的模型相矛盾，這些模型認為大腦會忽略精細的時間差異。大腦似乎關心將其音符排序成旋律模式——而不僅僅是將它們聽作堆疊的和絃。
關於神經編碼的想法最初是從通訊系統和計算機的研究發展而來的，這意味著它們往往非常抽象，並以理想化的“門”、“節點”和“通道”來構建。雖然關於大腦中資訊的儲存、表示和路由的高階理論建議不乏其人，但它們在血肉之軀和行為領域中很難進行測試。鑑於這種情況，對理論正規化的支援通常基於間接的和相關的證據，即使它是高度暗示性的，並且與數字計算機中觀察到的過程非常相似。林伯格團隊正規化的妙處在於，它如此容易地使抽象變得可測試（至少在嗅覺編碼的背景下是這樣）。
以“條形碼”表示的理論建議為例，即使神經活動模式發生最細微的變化——例如，單個細胞未能放電——也會導致完全不同的感官體驗。如果這種假設的高度挑剔的編碼方案實際上被大腦使用，那麼對原始六音符模板模式的單個小調整應該與完全新的模式一樣容易被注意到。事實上，研究人員發現的結果幾乎相反。就像旋律中的一個跑調的音符不會使其完全無法識別一樣，原始氣味“旋律”的一個稍微調整過的音符只會稍微改變小鼠的體驗。重要的是，隨著更多“錯誤的音符”被故意新增，它們對體驗產生了簡單的累加效應（至少，根據動物區分氣味的能力來衡量）。也許最令人印象深刻的是，該團隊將這種關於密碼線性的觀察結果納入了一個統計模型，該模型準確地預測了小鼠對六音符模式任意打亂的行為反應。
這篇論文以前所未有的精細程度審視了在大腦中，是什麼使給定的體驗成為那種特定的體驗。答案，至少在嗅覺的背景下，帶有一種人文主義色彩：體驗是時間和許多細微之處的總和。目前尚不清楚這些結果在嗅覺或更廣泛的感覺之外的普遍性如何。不同的腦區有不同的計算目標和約束，因此談論該器官的各種密碼可能比談論某種單一的通用密碼更準確。我們對於如何刺激大腦來烹製預先選擇的複雜感知體驗也仍然大多一無所知。林伯格和他的同事們的工作非常有策略地只詢問了事物相對於起始模板聞起來如何。就目前而言，“駭客帝國”仍然遙遙無期。但是，如果我們要在遙遠的將來實現全面的類“駭客帝國”模擬，這項研究將是一個重要的早期里程碑。