節選自《超越界限：大腦與機器連線的新神經科學——以及它將如何改變我們的生活》，作者：米格爾·尼科萊利斯。將於3月15日由時代圖書公司（Henry Holt and Company, LLC. 的一個 подразделение）安排出版。版權所有 © 2011 Miguel Nicolelis。
在過去的三十年中，幾乎每次我的科學手稿從強制性的同行評審過程中返回時，我都不得不應對不可避免的建議，即應該從論文中刪除所有關於我們介面大腦和機器能力的推測性想法。通常，在發表前審查這些論文的其他神經科學家不希望接受這種研究可能在未來為更大膽的科學夢想提供支援的觀點。在那些痛苦的清算過程中，我會幻想有一天我可以拯救這些推測性的想法，並將它們解放出來供其他人思考和反思。我們在實驗室取得的進展意味著告訴其他人的時機終於到來了。
當我對學術界的極端保守文化進行鬥爭時，許多科幻小說作家和電影導演一直在毫無保留地進行推測，有時甚至過度沉迷於他們豐富的想象力。僅在 2009 年，好萊塢就推出了兩部鉅製，《 surrogates》（《替身》）和《Avatar》（《阿凡達》），描繪了科學家們用他們的技術魔法控制、傷害、殺戮和征服人們的刻板印象。在這些電影中，腦機介面允許人類透過代理生活、愛和戰鬥。他們的全身化身被留下來做漫遊宇宙的苦差事，在某些情況下，還代表他們的人類主人試圖消滅整個外星種族。
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讓我對即將到來的機器時代提出另一種看法。在長期努力工作和思考腦電波控制機器人（通常稱為腦機介面）的影響後，我看到一個充滿坦率樂觀和熱切期待的未來，而不是一個充滿悲觀和災難的未來。也許是因為對這個未來的真實維度知之甚少，我感到一種強烈的召喚，去擁抱將我們的大腦從陸地身體的限制中解放出來可能給我們的物種帶來的驚人機會。事實上，鑑於腦機介面研究有望釋放出巨大的人文前景，我不知道有人怎麼會不這樣想。
透過這種將人類大腦從身體施加的物理約束中“解放”出來的方式，殘疾人可能會從輪椅上站起來。但這還不是全部。神經社交網路的時代正在逼近。忘記簡訊和 Twitter 吧。在這個以大腦為中心的未來，您或許能夠直接與隔壁辦公室的同事或新媒體（我稱之為腦網路）中的數百萬粉絲進行腦對腦的交流。Flickr 將成為古老的歷史。您腦海中玫瑰色的黎明或家鄉球隊贏得世界大賽的心理影像將透過射頻腦電波直接傳送到袖珍拍位元組驅動器中。*
我應該穿哪種機器人套裝？
然而，目前關於將整個大腦下載或模擬到計算機中的設想永遠不會實現。我們個性的本質——是什麼讓納爾遜·曼德拉，比如說，如此特別的人——永遠不會轉移到硬碟驅動器上。但是，在齧齒動物、猴子和人類身上的實驗表明，大腦可以直接在實驗室環境中與機器連線。基於這些發現，我預見到一個激動人心的未來。
在未來二十年內，透過雙向連結連線我們大腦大部分割槽域而構建的腦機介面，或許能夠將人道主義帶回那些屈服於破壞性神經系統疾病的人們。這些介面可能會開始恢復數百萬無法再自行聽、看、觸控、抓握、行走或說話的人的神經功能。這些人甚至可能實現透過腦電波單獨對話的不可思議的任務。
我共同創立的國際研究聯盟“再次行走專案”首次展示了這一未來。幾年前，在我的團隊證明了將活體腦組織連線到各種人造工具的可行性之後構思的該專案，旨在開發和實施第一個能夠恢復嚴重身體癱瘓患者全身活動能力的腦機介面，無論癱瘓是脊髓外傷性損傷還是神經退行性疾病造成的。
為了實現這個目標，我們正在設計一種神經修復裝置，該裝置將允許癱瘓患者使用腦機介面來控制全身外骨骼的運動。這種“可穿戴機器人”將使患者能夠自主控制上肢和下肢，並支撐和攜帶他們的身體。我們將這種神經工程壯舉建立在神經生理學原理之上，這些原理是從我們對獼猴和許多其他動物進行的腦機介面實驗中經驗性地得出的。
在這些實驗中，一隻名叫奧羅拉的猴子學會了如何透過腦機介面傳輸她關於計算機游標應該定位在哪裡的想法，這項技能變得像用操縱桿做同樣的任務一樣自然和流暢。然後，我們在患有晚期帕金森病的患者身上成功地進行了同樣的實驗。再後來，杜克大學我實驗室的一隻猴子學會了如何透過網際網路將腦訊號傳輸數千英里，以控制日本機器人的腿部運動。
現在，我們已經開始朝相反的方向發展，將直接訊號傳送到猴子的大腦皮層，讓動物知道食物“獎勵”在一個盒子裡而不是另一個盒子裡。我們的下一個努力將允許一隻猴子將食物的位置傳達給另一隻猴子。新一代神經修復術將需要與外部世界進行雙向通訊。佩戴者的大腦不僅需要指示仿生腳登上樓梯的下一個臺階，還需要接收到假肢實際上已接觸到堅硬表面的反饋，然後才能發出命令抬起另一隻腳。
隨著與外部世界的輸入-輸出連結就位，我們將站在仿生未來的門口。腦介面將與目前正在測試的最先進的機器人肢體融合。機器人手臂和腿將像樂高積木一樣卡在生物合成的軀幹上。這種機器人套裝或外骨骼披在佩戴者無力的身體上，將與大腦皮層（大腦的主指揮中心）保持直接連線。
為了實現為殘疾人設計的腦機介面外骨骼的願景，我們將需要更先進的技術。這將需要新一代高密度微電極，這些電極可以安全地植入人腦，並可靠地長期同步記錄分佈在多個大腦位置的數萬個神經元的電活動。事實上，為了使腦機介面在醫學上實用且經濟實惠，這些大規模的大腦活動記錄必須保持穩定至少十年，而無需任何手術修復。
定製設計的神經晶片也將永久植入，這將使我們能夠將大腦的電模式調節和處理成能夠控制外骨骼的訊號。為了降低感染和皮層損傷的風險，這些神經晶片將必須採用低功耗、多通道無線技術，能夠將數千個單個腦細胞產生的集體資訊傳輸到可穿戴處理單元，大約相當於現代手機的大小。該單元將負責執行大腦內部運作的計算模型，並旨在最佳化即時提取啟動運動的腦電訊號。
我們取樣的神經元群體以輸入到該腦機介面將分佈在多個大腦區域。從大腦控制運動的部分提取的原始電訊號中的數字訊號將提示分佈在機器人外骨骼關節上的運動部件移動。神經訊號將與機器人骨架相互作用，以模擬人類脊髓的功能。這些命令將允許患者邁出一步又一步，減速或加速，彎腰或爬樓梯。與此同時，大腦和機器將在後臺以無縫對話的方式繼續相互發送和接收資訊。這些技術將在腦訊號和機器人反射之間建立持續的相互作用。
我還設想力感測器和拉伸感測器，分佈在外骨骼各處，這將為人工觸控和本體感覺（感知套裝的定位）生成連續的反饋訊號流，以更新患者的大腦。微型電刺激器會將訊號傳遞到皮層。或者，光學訊號將啟用直接部署到患者皮層中的光敏離子通道。根據我們之前在猴子身上進行的腦機介面實驗室實驗，我預計在幾周的互動後，患者的大腦將完全將整個外骨骼納入為該人身體形象的真實延伸。屆時，患者將能夠使用腦機介面控制的外骨骼在世界各地自由自主地移動。
神經應用程式的前景
如果我們掌握了允許人類利用大腦電活動與各種計算裝置互動的技術，那麼在幾十年內會發生什麼？從我們隨身攜帶或可能攜帶在體內的微型個人電腦，到旨在調解我們的數字社互動動的遠端分散式網路，我們的日常生活看起來和感覺都將與我們今天習慣的截然不同。
首先，與個人電腦的作業系統和軟體進行互動可能會成為一種具身化的冒險，因為我們的大腦活動被用來抓取虛擬物體、觸發程式、編寫備忘錄，以及最重要的是，與我們最喜歡的腦網路（線上社交網路的顯著升級版）的其他成員自由交流。英特爾、谷歌和微軟已經建立了自己的腦機部門這一事實表明，這個想法並非牽強附會。主要障礙：開發一種非侵入性方法來取樣使此類腦機介面成為現實所需的大腦活動。我堅信，在未來 20 年內將找到解決方案。
屆時，聽起來不可思議的事情將變得司空見慣，因為增強型人類透過思想控制的化身和人造工具，在各種遙遠的環境中感受到他們的存在。從海洋深處到超新星的邊界，甚至到我們自己體內細胞內空間的微小裂縫，人類的觸角最終將趕上我們物種探索未知的貪婪野心。正是在這種背景下，我設想我們的大腦最終將完成它們從它們居住了數百萬年的過時陸地身體的史詩般的旅程，並透過使用雙向的、思想驅動的介面，操作無數奈米工具，這些工具將在自然界創造的許多微小世界中充當我們的新眼睛、耳朵和雙手。
在非常大的尺度上，我們很可能能夠遠端操作受控的使者和大使、各種形狀和大小的機器人和飛艇，代表我們被派往探索宇宙遙遠角落的其他行星和恆星，並能夠將陌生的土地和風景放在我們的精神指尖。
隨著我們探索的每一步，我們將繼續吸收我們的後代為這些思想之旅創造的工具，作為自我的進一步延伸，定義一種看待世界的方式和一種與世界互動的方式，這種方式遠遠超出了我們今天可以想象的任何事物。這種想法給我帶來了巨大的欣快感和敬畏感，這類似於 500 年前，一位葡萄牙水手在漫長而危及生命的旅程結束時，發現自己凝視著新世界明亮、沙質的海岸時可能經歷的深刻情感。
如此徹底的大腦解放能否讓我們模糊甚至消除曾經不可逾越的物理邊界，這些邊界定義了一個個體的人？在遙遠的未來，我們是否有一天能夠體驗到成為有意識的大腦網路的一部分，一個集體思考的真正腦網路？假設這個腦網路成為現實，個別參與者是否不僅可以透過思考來相互交流，還可以生動地體驗到他們的對應者所感受和感知到的東西，因為他們無縫地堅持這種真正的“心靈融合”？今天很少有人可能選擇冒險進入這些未知的水域，但如果未來的世代有機會體驗到如此令人難以置信的經歷，他們將如何反應，這是不可能知道的。
接受所有這些驚人的場景都可能實際發生，並理所當然地認為，這種集體心靈融合可以被一致接受為未來幾代人互動和分享他們人性的倫理方式，那麼我們的這些後代是否會在某天早上醒來，並簡單地意識到他們已經和平地孕育了一個不同的人類物種？我們的後代確實可能聚集建立功能性腦網路所需的技能、技術和倫理，這並非不可思議，腦網路是一種媒介，透過這種媒介，數十億人透過思想一致同意建立與同胞的臨時直接聯絡。
這種集體意識的龐然大物可能看起來或感覺如何，無論是我還是我們現在的任何人都不可能概念化。它可能會在我們意想不到的情況下，提供終極的人類感知體驗：發現我們每個人都不是孤單的，我們最私密的想法、經歷、痛苦、熱情和渴望，正是定義我們為人類的原始物質，可以被我們數十億的兄弟姐妹分享。
只需要稍微發揮一下想象力，就可以想到，在他們新獲得的智慧中，我們的後代也可能決定跨越我們物種史詩般歷史中的又一條盧比孔河，並努力記錄他們的人類遺產的豐富性和多樣性，以造福後代和宇宙的後代。我認為，只有透過儲存每個人類生命故事不可替代的第一人稱敘述，透過將我們的記憶轉移到數字儲存介質中，才能組裝起如此無價的寶藏。這一行動將有助於保護我們短暫地停留在一個人頭腦中的凡人存在的獨特記錄，在我們的生命結束時，這種記錄無可挽回地丟失了，這是大自然罕見的浪費失誤。
在我的職業生涯結束之前，我希望努力放飛夢想將有助於實現這一願景——一個設想從今天的大腦控制計算機到最終的外骨骼，甚至可能是神經簡訊的軌跡。最終透過將我一直想表達數十年的回覆播種到他聽覺皮層中來回答一位愛挑剔的學術評論員，這將是我在科學戰壕中的時光的一個有趣的尾聲。
*勘誤（2011年2月17日）：這句話指的是“袖珍拍位元組驅動器”。正確的術語是“拍位元組”。