中国科学院半导体研究所研究员，中国科学院大学岗位教授，博士生导师。研究方向主要为神经接口和脑机交互，研究用于记录或干预神经活动的器件和相关技术。在此基础上，研制高通量、高性能的植入式神经微电极传感阵列器件；研究满足在体环境下使用的便捷式脑电传感材料、器件和对应的安放及信号读出系统。2005年毕业于中国科学院半导体研究所，获博士学位，同年进入中国科学院半导体所集成光电子学国家重点实验室工作。2006年在德国马普微结构物理研究所作为期半年的交流访问。主要从事的研究方向为便携式及植入式电生理传感器件，探索和开发新的神经信号感知和干预方法及相关技术，承担并圆满完成多项国家863、重点研发计划、国家自然科学基金重点及中国科学院先导项目，在国内率先研发出可实用的无创凝胶电极和植入式硅基多通道微电极，目前已在美、韩等多个国家的相关实验室应用。在国内外发表相关论文100余篇，授权相关发明专利15项。

请简单介绍一下您的研究方向和目前的科研情况。

裴为华：我们团队研究方向主要为神经接口和脑机交互，研究用于记录或干预神经活动的器件和相关技术。比如在无创脑机接口的应用中，我们会研制新型电极，然后研究新型电极的佩戴形式、佩戴时间，电极通道数以及信号质量对脑机接口的速度、正确率的影响等。

当前脑机接口蓬勃发展，其中脑电信号的采集被普遍认为是后续研究的基础，目前常用的信号采集方式有哪些？其中已经开始产业化的采集方式有哪些？您比较看好其中的哪些采集方式的应用前景？

裴为华：这个问题涉及脑机接口应用的核心问题，即无创和有创哪种技术最终会胜出。目前来看，还无法判断。尽管无创技术安全性比较好，被市场大众的接受程度比较高，但由于颅骨的阻隔，所以我们能够取到的信号量（不是信号质量）、信号带宽非常有限，不到100赫兹，而低频的信号很难提取出比较丰富的信息。

其次要考虑信噪比，只有电极和皮肤接触得很好时，才会有比较好的信噪比。无创技术采集信号时既有来自于运动的噪声，还有身体内在的噪声（除脑电信号外，还伴随着肌电和心电信号），尽管大部分情况下这些信号是可以去除的，但我们不排除在一些特殊的应用场景下，这些内源性信号会对脑电信号产生较大的干扰。

无创脑电在采集上的瓶颈是，如何让电极既可以轻松快捷地佩戴，又有很好的信号质量。除此之外，无创脑电的带宽是有限的，所以现在大部分的无创脑机接口不是直接解码信号，而且需要将信息赋予一定意义，才能做脑机接口。

至于有创的信号采集方式，从外到内可以分为几个层次。一种是动物身上经常使用的皮下EEG电极，信号质量相对稳定。再就是颅骨下ECoG电极，可以提取ECoG信号或场电位信号，由颅骨屏蔽掉大部分从皮层发出的高频信号，所以一旦能够进到颅骨以下，就能够提取出频率比较高的信号，颅骨以下信号的频率和空间分辨率都会有所改善。再往里是扎到皮层中、深入到核团里的记录电极，可以记录spike（锋）信号，提取到单个神经元的发放，比场电位信号的频率和空间分辨率又提高一个层次。

总结一下信号提取的方式，从头皮外的无创脑电，到头皮下的EEG，到颅骨下的场电位，再到皮层间的spike信号，信号的频率和空间分辨率在一层层提高。如果我们能够同时提取很多神经元的动作电位，就有可能反映出整个神经环路或是一个神经网络的精细活动。

植入式脑机接口，尤其是深入皮层内部的皮层间记录，它能记录单个神经元的发放，就可以利用皮层间的电极记录的多导信号，对胳膊、手指动作进行精细的解读，甚至解析三维运动。比起无创脑机接口，这种脑机接口能直接解码运动意图，再去控制手臂的运动。尽管有创脑电的频率高、空间分辨率高，还能直接解码运动意图，但需要开颅放入电极，所以存在一些风险。

记录电极能够记录单个神经元发放，但需要把电极放到神经元附近，而且电极的植入往往会引起大脑皮层或神经元附近的免疫反应。目前记录单个神经元发放的脑机接口只是科研上的一些尝试，其持久性还是科学研究的范畴。目前人体上获准应用的商品化记录电极只有一款，叫犹他电极阵列（Utah Array）。它是美国FDA认证的可以植入人体的唯一一款记录单个神经元发放的电极，这是半永久植入电极（可植入1~2年）的产业化情况。

目前产业化的急性电极倒有很多。比如做深部脑刺激（DBS）时用到的定位电极，它可以探测丘脑底核位置，但只是在手术定位期间用一次，然后就拿出来。比如在癫痫手术中用到的sEEG电极，它深入到大脑皮层，记录的是场电位信号不是spike信号，它也是急性电极，一般在手术定位期间使用，最多可植入两三星期然后取出。

刚刚提到的是植入式电极，至于非植入式电极的产业化，国内外有很多新兴的公司在做面向脑机接口应用的便捷式电极帽、干电极帽等等。

在上周的新脑论坛中，提到您领导的团队设计的预置凝胶半干电极已实现科研转化。可否介绍一下，这款电极的优势是什么？

裴为华：科研或者医院使用的金标准传统湿电极，戴上以后需要护士或者工作人员帮忙打导电膏。我们做半干凝胶电极的初衷就是设计一款可自己佩戴的电极。我们这款电极在使用上，首先佩戴方便，不需要他人（如护士）辅助；其次，凝胶替代了传统导电膏，使用完在头上无残留；在性能上，它介于湿电极和干电极之间，比干电极阻抗要好很多，尽管它提供的水分不如湿电极多，但性能几乎可以和湿电极相媲美。虽然与湿电极相比，后者电阻降低的速度更快，但凝胶电极完全能满足3~4个小时脑机接口的应用，足以用于日常生活、科普、学习或是做一些精神状态的分析。这是我们的优势。

可以用于哪些场景？目前有哪些应用局限亟待突破？

裴为华：可以做冥想、娱乐、学习状态的检测等等。至于应用局限，我们还在研发更方便佩戴和调节，有更多通道的凝胶电极产品。目前这款产品在短发上应用较好，对于长头发，还需要做进一步提升。目前我们提供的产品的通道数还不是特别多，我们将来还要增加通道数，做到高密度，来满足用户的需求。

在无创电极中，硬质电极和柔性电极，哪种更有商业化前景？

裴为华：肯定是柔性，但柔性电极还受限于材料，所以目前柔性产品还不多。对于非侵入来说，对柔性和硬质的定义是指真正和皮肤接触的部分，是硬的还是软的。包括我们做的凝胶电极，它真正起导电作用的也是硬质的，但是它和头皮接触的地方是软的。

非侵入式电极在佩戴上最主要的三个属性，一是电特性，二是美观，三是舒适性。其中更关键的是电特性和舒适性，因为电极必须和皮肤之间有很好的接触，接触就意味着会有外在的压力，所以电极的软硬直接决定了舒适度。软电极的柔性其实是有一个度的，跟植入电极有点像，植入电极理论上应该比皮层还软，或者相当；非侵入式电极理论上要比头皮软，这样跟头皮接触电极的形变量比皮肤大，舒适度会相对好。

刚刚提到的是无创电极，对于有创电极而言，考虑到生物相容性、分布方式，柔性电极可能是更好的选择。今年6月份，斯坦福大学鲍哲南教授、陈晓科教授团队合作发展了一种称作“NeuroString”的柔软且可拉伸的石墨烯生物传感神经电极，可无缝连接大脑和胃肠，并实时监测两者神经递质的动态变化。此类电极是否可以用于脑电信号的采集？在您看来，具有集成度高、舒适性好等特性的柔性电极的应用前景如何？

裴为华：关于侵入式电极，我认为目前硬质和柔性两种各有优势。

因为电极要植入人体，需要和皮层组织匹配。从长久来看，硬电极因为机械特性不匹配，会引起周围神经组织的免疫反应，导致周围的胶质细胞将其包裹起来，使得神经元远离了电极，这是一个致命问题。尽管柔性电极引起的免疫反应小，引起的疤痕组织少，引起的胶质细胞的聚集也比较稀疏。但在目前的技术状态下，鉴于柔性电极的材料、制备工艺等，也无法完全避免组织包裹问题。所以尽管柔性电极是未来的趋势和最终的产品形态，但目前它依然难以进行长期监测。

另一方面，柔性电极的材料不像硬质电极那么成熟，比如说硬电极和CMOS之间是单片集成，所以通道数可以做到非常高。尽管一些文章报道说，可以做基于柔性材料的有机材料电路，但是基于有机材料的电路和柔性电极一样，本身都不成熟。在目前的形态下，要做到高密度离不开硬质电极。并且，目前柔性电极本身无法直接植入，需要硬的辅助手段，而不管是什么样的辅助手段，都避免不了急性损伤。

至于鲍老师做的柔性可拉伸电极，首先电极本身有柔性的话，就可以用在像大脑皮层这种有形变但形变量不大的地方。电极有弹性的话，更可以用在像脑干这样的地方。因为头部运动的时候脑干会有大幅度的形变，所以如果有一个电极可以随着被检测对象的形变而形变，那肯定是好的，这样它就不会对脑组织或者被监测对象产生机械牵拉或者切割。

总而言之，柔性电极的前景非常好，但是目前从材料、制备工艺、集成方法上来看，必须要有重大的突破，才能够把柔性电极材料的可靠性、材料的耐久性做到和硬质电极一样。

目前有创的柔性电极，在材料方面存在的问题有哪些？

裴为华：柔性电极现在有两种材料被人看好，一种是聚对二甲苯，它经过了FDA认证，但是它的耐温性一直是个问题；另一种是聚酰亚胺，目前还没有经过FDA的认证，虽然它本身无毒性，稳定性也很好，但它的生物相容性比较差。当然，我相信随着研究人员的投入越来越多，材料问题肯定是可以解决的。

第二个问题是聚合物材料跟硬质材料相比，比如硬质电极用的绝缘材料是二氧化硅、氮化硅、玻璃等比较成熟的封装工艺，这些无机绝缘材料的防水性能等非常好。而柔性电极的衬底是软的，但它用的电极材料还是金铂等硬质材料，两个材料之间一直存在内应力，时间久了，内应力会导致电极失效。并且，有机材料分子之间的多孔效应会导致对水分子的渗透。有机材料的老化特性可能要比无机电极要快，还需要继续加强这方面的研究。

和有创电极相比，无创电极在商业转化上有什么优势呢？

裴为华：受众广。侵入电极门槛太高了，首先要去医院，要开颅，还要找个好医生才能放进去。而非侵入式电极的门槛非常低，不管是对科研感兴趣，或者对脑机接口技术感兴趣，甚至是想记录自己的有效睡眠时长等，都可以进行。

除了信号采集方向的研究，对脑电信号的分析与解码的研究也是脑机接口发展的关键，这些过程都离不开芯片的研发和应用。目前国内芯片能否支持脑机接口的相关研究？会出现“卡脖子”现象吗？

裴为华：集成电路芯片涉及的一个是工艺，一个是设计。平心而论，从制备工艺上，脑机接口的芯片不需要非常高精尖的工艺。从设计上来说，国外有两款代表性芯片，一款用于植入式信号（spike信号）的放大，一款用于非侵入式信号（脑电信号）的放大。国内目前还没有。我们虽然缺少对应的工艺人员，也缺乏设计这种电路的经验，但从技术上来讲不是很难。

最主要的问题是整个脑机接口的产业或者商业化。芯片主要支持的是量大面广的应用，美国做出的芯片全世界都在用，我们也在用。我觉得技术某些程度上受市场影响，国内之所以对这一技术的掌握不是特别好，就在于这种芯片的应用量还不是很大，所以在提出卡脖子问题之前，民间和科研上都没有下决心去做这个芯片。现在国内开始重视以后，我相信我们应该能做出来的。

对此您持积极的态度。

是的，因为大家分析后发现，资金、技术、制备工艺其实不是最大的问题。高校里做这方面的研究生前赴后继，但比起国内真正有工业设计能力的团队还是差一些。要想把那些团队拉进来，只靠国家经费的支持是不够的，他们更看重的是后期能不能量大面广地销售，因为设计时的成本投入确实比较大。但随着国内的呼声越来越多，大家对未来市场的看好，特别是最近大家对脑机接口比较看好，真正的专业团队进来以后，这两款芯片都能做起来。

目前普遍使用的电极多是基于MEMS和CMOS工艺的硅基多通道电极阵列，您是否觉得以石墨烯或碳纳米管为材料的碳基集成电路，有可能成为脑机接口新的研究和应用方向？

裴为华：我看目前还不会。石墨烯和碳纳米管被叫做下一代半导体，目前甚至做出了基于碳纳米管的集成电路，但我觉得脑机接口能把CMOS和MEMS技术用好就已经很不错了。下一代半导体更多的是从成本、开关电压或者性能上来做的。对于脑机接口，我觉得能把CMOS的技术很好地用起来，就能解决眼下的一些问题。

至于说它将来能不能用到脑机接口上，我们肯定要留一只眼睛来看着石墨烯和碳纳米管集成电路的发展，看它在某些方面的特性，比如生物相容性、敏感度，以及一些潜在特性，比如可以做成尺寸更小的电路，抑或它分散性更好，可以做成网状形态，不像硅集成电路那样一定是做成实实在在、不透水透气的片子，还看技术成熟度适不适合做神经信号的记录。一边发展一边看。

您觉得目前脑机接口技术推向产业化所普遍面临的问题有哪些？对于这些问题您持什么样的态度？

裴为华：产业化最大的问题是找不到相关应用产业在哪里。大概在10多年前，当我们开始做脑机接口相关技术的时候，我们也一直在探讨可以应用到哪些方面，我们有提及残疾人、瘫痪的病人、精神病人这些刚需人群，我们还探索是否可以帮助正常人学习、帮助运动员训练、军事上应用以及一些特殊场景下的应用，比如开车状态的检测、飞行员疲劳状态的检测等等。科研产品是大规模市场化产品化之前的技术转化，在多年的研究中，我们也做了一些在疲劳、抑郁病人治疗中的等应用尝试。但还没有取得突破性的进展。

脑机接口有创和无创各有优缺点。无创的受众比较多，可以做非刚需的病人，但效果不是特别好。要准确地检测脑电，首先要戴一个不太舒服的脑电帽，从健康人的需求看，我们的技术还没有发展到让人没有任何限制就能很好地提取并利用脑电信号；对于患者来说，比如残疾人，无创手段对他的帮助是非常有限的。

真正产业化面临的问题，首先是要把无创脑机接口产品做到轻量化和便捷化，把传感器、放大器、算法集成到一个非常小的产品里；另外让佩戴者能够轻松地佩戴和使用产品。这是产业化对技术方面提出的要求。

对于有创脑机接口，前景是非常大的，但不一定是光明的。它能够做的事情很多，包括闭环的脑力调控、心理疾病的治疗干预。但能否真的投入应用，还受技术发展的限制。像刚刚提到的，植入式提取spike信号的电极的生物相容性，柔性电极的长期稳定性，都还需要一段时间才有可能用在临床上，这是技术上需要继续发展的。更不要说还有伦理等问题。

无论做器件的、技术解码的，还是临床医生，还需要探究适合哪些疾病，技术也要进一步发展，才能够把它推向市场。

采访、校对：Gliese

中国科学院深圳先进技术研究院正高级工程师，博士生导师。主要研究动态脑神经信息高通量采集技术、神经环路解析和解码技术以及神经调控新技术。在国内率先贯通植入式脑机接口技术链，在国际上率先开发了基于光纳米技术的非遗传式神经调控方法。在精密机械工程、光学工程、电子工程和神经工程领域均具有扎实且全面的研发基础，多篇成果发表在多个学科的Nature子刊以及专业一流期刊中。

能先为我们简单介绍下，您和您的实验室现在主要在做哪些内容吗？

李骁健：我们实验室主要还是延续以前在美国做神经技术相关的工作，包括神经电子和神经光子学。神经电子这方面是因为我以前在美国主要是在神经生理学实验室工作，做仪器技术研发，属于方法学，例如高通量的神经信号采集和分析的装置，后期也有做神经刺激调控的工作。

我们前期的主要工作是做神经信号采集，我们首先就是要尽可能高质量采集神经信号，这也是几十年来主流的神经信息分析方式。被大众广泛认识的脑机接口，就包含电生理信号采集装置，它是目前主流的脑信息采集装置。另外还有神经光子学，比如说提高扫描分辨率的双光子显微镜，大家可能也比较熟悉，现在这几年用的比较多，我也做这一技术。但回国之后，这不是我主要的工作方向。至于为何双光子显微镜这块现在不是我们的研究重点，是因为神经电子技术涉及的技术链已经比较长了，不想把战线拉得过长。

现在主要聚焦在神经电子信号的采集和解析，就是大家普遍了解的植入式脑机接口技术。这些技术其实历史比较悠久，只是这些年主要得益于微电子技术及微纳加工技术的发展，现在的采集系统有芯片化的趋势，使整个系统微型化。我们也有和别的实验室合作研发新型神经传感器，柔性化更高的高密度高通道的神经电极阵列。

工作中也会涉及神经技术中的未来技术开拓，比如说我们9月初在Nature Biomedical Engineering上发的文章，我们采用可降解的材料制备植入器件，不需要引线，它是一种通过体外场能进行能量导入的无线神经调控技术。

论文题目：

Silicon Diode based Flexible and Bioresorbable Optoelectronic Interfaces for Selective Neural Excitation and Inhibition

DOI：

https://doi.org/10.1101/2022.06.10.495723

总体来说，我的实验室不光做神经信号采集，也做分析解码技术。后者主要在运动系统方面，围绕运动信息解码。这种针对医疗应用场景，对瘫痪病人脑部运动相关信息进行解码的，就是运动脑机接口。2003年在中科院生物物理所时，我作为研究生开始的研究领域叫系统神经科学，主要是分析大脑特定脑区里的脑信号的具体意义，做解码解读脑信息的工作。后来，我在美国也是做相关工作，特别是我回国之前在美国西北大学芬伯格医学院工作的时候。我们在生理学系主要研究的是运动脑神经环路的整个结构和功能。因为脑具有复杂的网络和环路结构，其中的信息不是随便流动的，是具有特定的结构、流向和时序关系的。

总之，通过解剖学结合植入式脑机接口技术，包括神经电子和神经光子整体的技术，探索脑神经信息在脑内实时的流动和转化过程，这就是我们在脑科学基础研究方面的主要内容。

那也就是说，从信号采集的传感器、芯片、信号解析与存储这些脑接口的全流程，您们都有在做。您在招生方面也是一样的，学计算机的，神经生物学的，电子工程的都包含在内。可能其他的一些实验室做的会相对比较单一一些，要么做信号采集的电极、要么做数据上的分析解码等。当时您在筹备实验室的时候是一个怎样的考量？这种全方位多学科合作的形式，是脑机接口相关实验室的特色吗？

李骁健：这主要还是得看脑机接口这个词如何去定义。一般，在美国，脑机接口主要讲的还是偏后端的研究，主要是脑控方面的工作，比如运动脑控。包括使用猴子作为动物模型的脑控研究，都属于脑机接口。

而它的前端技术，比如说做传感器，也就是神经电极，做信号采集的芯片，对应的领域，我们称为神经界面技术。这个领域的实验室更多的是做电极，它们一般在材料系或机械工程、电子工程系，涉及到微加工技术。也包括微电子实验室，设计专用的神经电生理芯片等。也有实验室做集成脑机接口系统的工作，与生理学系或神经生物学系合作，将这个系统应用于采集脑信息，并做实时解码的研究。所以说，它技术链很长。其实只有同时实现神经信号的采集、解码和脑控功能的系统才能被称为脑机接口。

在美国，脑机接口实验室主要在电子工程系，也有在神经生物学或生理学系双聘，形成跨系的研究团队。美国的脑机接口实验室，主要集中在系统及功能的实现上，比如说做运动脑控这方面的研究。

无论是做传感器，还有做专门的信号采集芯片，其实都属于神经界面技术（Neural Interface），不涉及脑信息的真正解析。而将采集的脑信号做解码，以及之后的脑控，是另一块内容。

前面说的这些神经电极传感器、采集芯片等，属于更前端和底层的硬件技术。例如做新式传感器的设计，很多在材料系；也有做机械工程方面的，就是用微纳加工工艺做各式各样的电极，这块更多的是做成型的器件。而做采集神经电信号的神经电生理芯片，一般在微电子系。设计带芯片的系统，在电子工程系。生物医学工程系的则和神经生物学或者是生理学系一起合作，集成可运行的脑机接口系统，用动物比如说猴子采脑信号，做解析，做脑控。所以，总体来看，脑机接口的技术链其实跨越好几个系。

回国之后我做的，包括我以前在美国实验室做的东西，其实不是特别底层，主要在系统的设计、集成和实现以及脑信息采集和数据解析等方面的工作。属于比较中后端的东西。我们这个实验室，有做电极和设计电路的学生。因为我们做整个采集系统并且对数据进行分析解码，所以我们也得做动物实验。

在美国时，因为有些实验室专门设计神经电子芯片和电极，并且商业化了。所以我们当时也使用了一段时间的商业化产品，特别是芯片。因为不同的实验室做的研究内容并不一致，对芯片的功能和性能是有自己的需求和理解的。我对芯片的设计也形成了自己的看法。回国之后我就和我们先进院数字所的同事合作交流，提出了我的设计想法。实际上，我并不擅长真正去专门设计芯片，我做不了太复杂的。我的学生主要也不是干这个，因为这需要很专业的投入。所以和同事们合作是必须的。芯片开发采用层层分包的运作模式，与软件类似。他们也会找更底层的技术人员合作，比如有人擅长模拟电路、有人擅长数字电路，有人擅长电源管理电路。大家逐渐由顶层到底层，分包设计，仿真成功后找专门的公司流片。

因为大脑结构功能复杂，所以对神经传感器的形貌性质有很多种需求和要求，比如对放置的脑区或者收集的信号的性质都有不同的要求。所以，需要设计各式各样的电极。我自己实验室的学生主要是用比较成熟的材料和工艺优化电极制备，主要做形状结构方面的设计，用于不同脑区的植入。在材料方面有很多跟我合作的伙伴实验室，比如我们去年发表在AFM上的文章，探索了用导电聚合物提升传感器的性能，并同时保证结构更稳固，使用寿命更长。这是更底层的传感技术的一些探索，和做芯片是一个道理，都是和合作伙伴一起推动脑机接口硬件底层技术方面的新研究。

论文题目：

Poly(5-nitroindole) Thin Film as Conductive and Adhesive Interfacial Layer for Robust Neural Interface

DOI：

https://doi.org/10.1002/adfm.202105857

我自己实验室主要是从器件开始研究，采用的是相对比较成熟的技术，做出来直接能用的器件级的东西，对材料方面这种更底层的技术，都是和我的合作实验室一起合作研发。所以整体来说，我们主要集中在系统的设计、集成与实现，以及脑信息的采集和解析，这些偏中后端的工作。同时我们与底层技术相关的实验室密切合作，形成合作创新群体。

脑机接口，它是一个很复杂的、长流程的工作，您自己也是统筹各个方面，进行不同层面的创新，推动工作的开展。这和您多学科学习的背景是不是也存在很大的关系，你之前也是在化工、生物物理、生理学、电子工程等多个学科中研究。你觉得这种背景对你、实验室，还有合作上产生了怎样的影响？

李骁健：我的研究经历对我的研究很关键。我曾经不停地更换专业和研究方向，所以在求学期间经常被老师批评，因为很多人认为应该做正统的研究。毕竟，学科交叉在前些年并不被人看好，人们觉得你是属于朝三暮四，你学了些，觉得好像有些东西不感兴趣，然后又去学别的东西了，但其实很多东西是有内在关联的。

当你在做植入式脑机接口时，你会发现这些东西其实都在一个技术链上，只是属于不同的层次而已。但当时大家一般都老老实实在做正统研究，在一个有历史的专业里深耕，还没有人在学科交叉的领域里深耕。

我的耕耘方向就显得与众不同。我先是学了一些东西，研究一些东西，发现在某些方面有欠缺。有些东西搞得不太清楚，就到相关的学科继续学习。所以整个脑机接口技术链我基本都能弄。我自己设计的电路可能不是很好，不是非常专业，但也属于准专业水平。在之前设计电路上我也做了很多，包括以前设计双光子显微镜的光电倍增管信号的高速放大电路，那个显微镜上的信号放大器是我自己设计的，当年自己做的也不错。

我的老朋友崔翯，他就说我，“虽然脑机接口技术链上这些技术环节，你没有一个做的是最好的，但是你是唯一全会做的。”

我觉得我的优势是能贯通整个技术链，了解全局，所以，也算是比较有能力和把握把整个技术方向往前推进。在这种创新团体里，哪些技术方面我认为有短板，就可以和相关领域的专家沟通。可能他并不了解脑机接口底层的技术，但我比较清楚哪些东西的提升，可以比较明显地使系统往高层次发展。而且对接下来的工作我也比较了解，因为我也了解底层技术。比方说面向应用端的发展，各环节要有多大的底层技术，去支撑脑机接口在未来发展的脚步和节奏，在这方面，我也是能形成一个比较明确的规划和预算的。

所以我现在的主要工作是在中间环节，在系统设计、系统集成与系统实现方面，把前后连贯在一起。

在新脑论坛及其之前的讲座中，您常将您的实验室与Neuralink对照，那目前来看，您们和他们存在哪些差距，又有哪些优势呢？

李骁健：因为马斯克主要是投资建立了公司，然后从相关领域聘请专家来开展研发。我们作为这个领域的工作者，对目前产品能做成什么样，大家其实是有共识的。

之前提到，美国的DARPA在这些年持续资助若干项目并促进它们的研究成果做产业转化。所以，马斯克只要把这些项目的人招揽过来就可以了，本质上，是通过花钱招人实现集成创新。相比起来，中国相对就差一些。主要因为没有这样的机构会在前期阶段投资研发。

Neuralink中研究背景相关的研究者一起合作推出了新系统。他们前面做出的一系列工作是很好的参考，我们这块研究也能做得基本差不多。好比当年中国搞原子弹，美国苏联都已经成功爆炸过，苏联也有相关模型提供，否则国内研究会更加艰难。Neuralink的研究团队先做相关研究，有了文章介绍，之后从事相关底层技术的人，就能以此学习借鉴。这些设计如果仿制一下，基本在国内都是能做的。

当然，如果从系统的角度来看这个事情，这里也涉及一些问题。当初最早加入Neuralink创始团队的研究人员，大家整体的评价是Neuralink要做前沿的、高性能的脑机接口科研工具，没有特别在意非要把这个东西用在人脑子里。而后来可能是马斯克比较着急，要把它往临床拓展，形成影响力。但在后续设计上，是比较脱离现有植入式医疗器械的方案的，和现有的神经植介入医疗器械的差别还是很大的。因为医疗器械有自己的评审规则，形状功能差别较大时，评审比较费劲。他最近又想参股Synchron，Synchron公司的Stentrode电极其实是比较简单的，参考了疏通血栓的血管支架。它的优点是全部根据现有的医疗器械进行改装，属于小的集成创新。在医疗器械审批角度上比较容易被接受。在审查方面，相关产品是有很多先例的，也是有使用的背景的，比较容易进行评估。

技术上，Neuralink的产品，基本是DARPA前面资助的项目带来的重要成果。这些相对完善的技术，其实相当容易集成在一起。他们整体技术方面过硬，只不过在最后形成的产品形态上，作为医疗器械审批是需要一段时间的。马斯克总说激进创新，但在医疗器械评审中麻烦相对大一些。并不是Synchron的技术比他的好，反而是差很多的，只不过目前Neuralink的产品过于创新会造成审批方面的麻烦。

回过头来，在技术上，我们国内整体系统技术上肯定是不如人家的，国内做这方面的都存在这种问题。因为在经验上是欠缺很多的。即使看着大概样子，照葫芦画瓢，但实际用起来就差别大了。系统所有部件的协同问题，还需要摸索，而这也是系统集成的主要问题。怎么样能够发挥出最佳性能，里面涉及很多深层次问题，高端系统集成其实还是挺难搞的。

部件与部件之间，并不是简单的“1+1=2”，在部件集成后会不可避免地出现个体性能的制约和功能性的限制。如何选择或牺牲一部分部件的性能，做到高性能的系统集成，是我们需要思考和解决的问题。这也是为何现在强调学科交叉、跨学科。因为目前在基础科学发展受限的情况下，需要在高端系统集成层面产生突破。例如，我之前做的多功能双光子显微镜，它属于光学工程，基本理论100年前就已经定下了。目前没有新理论出来，主要是在应用端创新。我们只是找到一个新的应用需求，然后做它的解决方案。但设计这个系统，实际上是采用了多个技术的结合，形成了高端的集成创新，包括成像的自适应技术等，利用这些技术形成一个有机组合体。

从技术角度讲，国内脑机接口方面的基础还是比较薄弱的，从美国回来了不少人，在这方面其实也是零零散散，并不是太成体系。美国这方面之前也没怎么培养中国人，因为项目本身有着军工背景限制。

我们的定位是想做转化，希望将它应用到临床。我们在设计方面很多东西就没有追求像马斯克那样的高标准。我们在很多方面要朝着医疗器械考虑。比如说传统的神经调控，比如DBS就几个通道，像Synchron其实也只有8-16个。传统的Blackrock也就100个左右的通道。给病人使用的很多东西早已经做出来了，像做语音重建，Edward Chang用的其实是比较传统的电极，是临床一直在用的东西，大夫也比较熟悉。所以很多时候还是需要强调应用场景，通过需求牵引能够比较快地通过医疗器械审批。因为三类器械的审批是有最少年限的，在这几年内能够稳妥的把这个系统传递到应用端，给病人用上，我们认为还是比较关键的。要做我们掂一下脚尖就能够到的东西，不要先在前面折腾很大劲儿，在临床上又很费劲，用户长时间也不能受益，我觉得这样并不好，会让需求方沮丧的。

所以，我们寻求一个能够比较快速落地的折中方案，能先用起来。让大家知道有什么新东西出现了，要让用户明白脑机接口目前确实可以使用了，不能让大家一直认为这是一个科幻故事。

在美国，前期有很多相关的研究资助，很多人是知道这个东西是能够使用的，但在中国前期没有太多这方面的知识普及。前年多位记者采访我是把脑机接口作为科幻故事来采访的。所以，首先我们要说这个东西在最近几年就可以给病人用上，先把应用端打开，让大家逐渐接受这个东西，然后再进一步提升它的性能，提高用户体验的满意度。

提到这个，我想起你之前在规划中认为在5年内我们能够实现对感觉运动神经损伤的替代，帮助相关的一些病人做功能重建。结合刚刚的话，我可以认为目前我们最重要的是先推动这些已有技术的应用，借此获得一些数据，再反馈到技术发展吗？之前自己还以为这5年可能更多的还是要侧重理论突破和技术的探索方面。

李骁健：因为脑机接口的复杂性主要受制于大脑的复杂性。现在美国也有几十例植入Blackrock的电极做运动脑控的案例，这主要取决于现在成熟的技术都是皮层信号脑机接口。无论是运动、语音重建或是视觉，其实采集的都是脑皮层的信号。

所以，如果要使用的话，现今的脑机接口就能用，尽管可能存在用户体验的问题。但意识上传和下载现在肯定是搞不定的。未来当真正传递脑子里的神经信息给机器人时，在一定程度上，它也会产生一些自主的智能。这会形成一个智能交融的状态。等到上传完然后再下载时，就会发现跟以前已经不一样了，这是必然的。但这可能比较遥远，最少也是30年之后的规划。我们也只是知道这个路径该怎么走。

目前来说，我们做到的还是一些简单的事情，比如说运动控制，像控制机械手，但要想灵巧到可以绣花，这肯定不太成。目前做的还是一些比较简单的事情，譬如拿个水杯、拿点吃的。

来自约翰斯·霍普金斯大学医学院（JHM）和该校应用物理实验室（APL）的研究人员，让四肢瘫痪的残疾人意念控制两支机械臂。

Johns Hopkins APL

另外，就是我们采集脑信息的量。目前因为各种传感器以及放置位置的限制，我们其实采不了太多的信息。就如我之前在讲座中所说，脑机转码两个基本原理——神经群体编码理论和神经的可塑性。群体编码的一个特点是单个神经元的信息是冗余的，每个神经元的信噪比不高。如果能从它们中抓出关键信息，那我们的脑控任务就可以得到很大提升。当然，这并不是说记录的神经元越多越好，从临床上来说，这并不需要。只要现在能实现相对较高的成功率，譬如90%的成功率，并且能够保证流畅度，就是在一定的时间内完成特定任务动作，就能够投入使用了。就像残疾人通过拄拐杖来走路，这就已经管用了，毕竟要让他跑起来是不太可能的。

所以说，现在有些东西是完全可以用起来的，它可以让残疾人在一定程度上生活自理，但现在不要指望他们能恢复到患病之前的状态。我们也可以通过脑机植入体积累更多的脑信息数据。因为我们目前所用的EEG的空间分辨率不行；fMRI拍摄的是整个脑，但它属于粗粒度离散动态信息，没有连续动态细节。传统技术都会导致大脑内的高时空精度信息基本没有采集到，精准信息不足，对各种脑疾病进行治疗就会很困难。显然光拿计算机不可能模拟出大脑的运行，我们需要真正从脑内拿精准数据。这样我们才能进一步提高相关疗法，也能推动用户体验的提升。

当数据足够，我们就可以发现规律，然后进一步提升脑控的性能。应用与理论其实是联动发展的，如果现在不开始做应用，我们拿不到直接来自应用场景的数据，也指导不了底层技术的优化和提升。举个例子，可能我们现在在传感器和电子芯片上所做的努力，几年之后可能没有多大的提升。因为没有采到足够多的脑数据，我们根本不知道哪些是最有效的信号。这很可能会导致传感器和芯片设计的方向走偏。

研发是一个闭环过程，先做一个东西出来，然后不断调试，保持走在正确的路上。

其实这也解决了一个问题，在实现了上千通量的脑接口系统之后，很多人提出要实现上万、上亿通量，但事实上我们还要先解决老师您说的数据问题，才能谈得上更高通量的发展。

李骁健：对，对于采集信息而言，目前要追求通量，高通道肯定是需要。但问题是研发上，我们不可能闷着头走路。要达到高通量，我们具体应该如何设计？内部的参数指标怎么定？我们采集到的数据，信息量到底有多少？我们要在哪些方面进行更细节的设计？大家可能只是喊个大口号，要上万通道，但真正要怎么做才能使信息最大化？我们都不清楚。

所以说，只有根据前面采的数据来做分析，才能确定后面具体的设计细节。脑机接口是滚动发展的，得一步步进行。

就像老师之前说的近些年脑机接口的快速发展，有赖于微电子工程技术的突破。那要想脑机接口有革新性的进展，那还需要怎样的技术涌现？

李骁健：确实，微电子和微纳加工是脑机接口的硬件支撑，但对产业上拉动最强的，其实还得是人工智能。因为这代表着信息处理能力的增强与算力的提升。但首先还是得先有大量的数据。另外就算是简单的生物智能模式，其实对人工智能的研究范式发展来说，也会有很大的推动作用。

当然这又涉及到你提到的脑机接口技术的应用端的问题。一个是通过脑机接口治疗脑疾病；另一个是通过脑机接口获得大量的脑信息。脑信息的分析，不光用在分析脑疾病，同时也是对生物智能运行过程的解读。从数据中可以总结出生物智能运行的原理，以此指导和支持未来人工智能设计。两个应用都涉及同一种问题，就是如何采集脑信号，如何进行脑机信息交互。信息交互的交互力度和颗粒度是怎样的，使用寿命又如何？这也是为何意识的上传和下载这样的想法还得过几十年。因为拿到精细的信息的话，就不可能有太大的覆盖面；而要是具备广度的话，就可能缺乏精细度。

此外就是人工做的这些传感器，跟天然的脑组织形貌材质上差别也比较大。这也是为什么我们在材料方面做导电聚合物。因为它和脑组织都属于有机物，相对匹配。甚至我们希望在之后的设计上不加金属，传感器全由导电聚合物形成。比如去年我们发表在《先进功能材料》（AFM）上的文章介绍了一种柔性神经传感器，信号走线还是金属，只是在触点上用的导电聚合物。而斯坦福大学鲍哲南实验室发表了一篇Science，连信号走线带触点整个一套都是导电聚合物。但这种也存在一些问题，做慢性植入还不行，只能急性使用。他们应该正在提升这个东西的性能。从未来发展来看，我们还很需要在材料上进行深度研发和挖掘。

此外，我们也布局研发了几个重要的神经界面未来技术，而且在一步一步地推进这些研究出成果。比如我们9月份发表在《自然-生物医学工程》上的纳米神经遥控的文章。

论文题目：

Bioresorbable thin-film silicon diodes for the optoelectronic excitation and inhibition of neural activities

DOI：

https://doi.org/10.1038/s41551-022-00931-0

我们回到应用端，现在我们脑机接口更多的是用在一些肢体运动障碍的患者身上，那此外的认知障碍、精神疾病、神经发育障碍等疾病治疗上，你觉得目前发展的最快的是哪一块？相对来说落后的又是哪一块？为什么会出现这种情况呢？

李骁健：现在脑机接口真正能用的，都是使用皮层信号的脑机接口。对脑皮层来说，它研究的比较多，比较深入。要想知道哪块脑机接口的应用先发展，就得看神经生理学哪块的研究较充分。理论模型完善了，应用自然就跟上了。目前，视皮层和运动皮层是研究最多的，还有就是颞叶的语言区。虽然说语言很复杂，但它的神经信号还是在脑皮层上。也就是说只要是在脑皮层上做信号采集的，或者说我们能把信号导入的，都相对容易。

但对于精神类的问题就会更多。比如情绪，它演化比较早，相关核团在脑子里比较深，这就导致以前大家往那扎电极扎的少，采的信号也少，研究的不是特别清楚。

另外就看拿猴子做的研究是多是少也可以判断，如果对猴子来说，研究的比较多，后面把它用于临床疾病治疗上就比较容易。

所以说精神脑机接口是研究前沿。目前它的理论模型基本没建起来，电极只能猜着扎，那自然不可能普遍使用，更不能保证疗效。

而对于脑皮层主要具有的功能，譬如视觉，这些我们都相对清晰。我们把电极扎下去，至少有90%以上的把握说解码没问题。剩下10%，可能是因为手术操作不是很好，信号质量太差，无法解码，或者电极植入没弄好，几天后坏了。这些都属于外界因素，而不会因为脑区的解析没有研究清楚，采集了信号却解码不出来。毕竟皮层信号脑机接口已经搞了20多年。而涉及到深脑区的精神脑机接口，还得再探索些时日，这也是为何我们把它规划在了8年后。它的进展前提是我们的脑机接口装置已经在人脑内采了足够多的数据，我们能够大体分析出它的关键靶点。我们想要的就是牵一发而动全身，找到几个关键调控靶点，通过闭环神经调控达到治疗效果。

之前您说只有中国美国这种体量的国家才能真正把脑机接口做起来，为什么这么说？我们国家存在哪些优势？

李骁健：中国最大的优势就是临床资源。美国的优势在于它研究历史悠久，技术扎实。美国那边创新比较早，但真正做了人脑植入的脑机接口，也就几十例。最初大家也不放心，存在很多限制。但现在这个市场逐渐放开了，Blackrock、Neuralink、美国药监局的植入式脑机接口指南等的出现，就意味着这个领域是可以放开干的了。只要脑机接口公司按照医疗器械标准执行，病人也是表现出欢迎的态度，愿意尝试使用的病人群体数量就能大增。

如果中国这块也放开，那我们所拥有的临床资源是要多得多的，所采集到的脑数据肯定也比美国多得多。如果我们有足够的数据，无论是在发现脑疾病和治疗脑疾病上，我们都能够掌握比较靠谱的规律，然后确定出疗法。数据多了之后，无论是获取大脑高效的运行规律，还是治疗疾病、甚至推动未来人工智能的发展都会起到极大的促进作用。

如果我们的脑机接口产品能够在医疗端推广，让相关的残疾人能够尝试使用我们的技术，对他们的生活质量也能有较大的提升。毕竟相关疾病的患者自身承受着极大的痛苦，也拖累了整个家庭，社会负担是很大的。他们的绝对数量是巨大的。只有我们真正去到医院，真正去了解，才能看到他们的痛苦。

嘉宾：李骁健 | 采访：光影 | 校对：U87、光影

排版：光影 | 插画：Ines

别西：最近这5-10年的脑机接口，不管是在商业方面，还是在技术方面，都有了很大的进展。老师们认为脑机接口领域进展的驱动是什么？它是技术驱动，还是应用驱动？

李骁健：我认为应该是两方面同时存在。

如果从需求上来说，这是两者互相促进的效果。这就相当于拉车，有人在前面拉，有人在后面推，这是共同发力的结果。当然，从医疗器械等角度来看，如果没有强烈的市场需求在牵引，实际上也没有人想做脑机接口方面的投资。就好比我开始提到的DARPA的资助，这肯定不完全是为了追求科幻，满足技术方面的酷炫，它本身归属于美国国防部，是有明确需求的。

实际上，互联网技术早期，从上世纪40年代就开始有DARPA很多资助。后来技术逐渐成熟并且扩大化应用，才扩展到民用方面。这都是同一个逻辑。

其实对于脑机接口来说，也正是因为早期至少存在一些医疗需求，才能有现在的发展。最直接也最明显的，就是针对患有神经系统疾病的病人。除此之外，还包括老龄化社会中不断增长的瘫痪病人。整体来说，需求应该是第一位。

当然，这并不是说我们有这个需求，就立马有产品了。就像刚才我提到早期的Blackrock那种脑机接口装置，那是有线的很庞大的一套设备。因为它需要在头上引出线路，这虽然是可用的，但对于需要普遍使用的场景来说，太傻太笨重，还有感染风险。这种从头皮上钻出来的金属罩，就算是平日研究者来使用，也不好用，更别说普及了。所以说，我们需要把它微型化，甚至是无线化。

近些年，随着微电子技术的发展，我们已经可以做到微型化，甚至可以完全植入，再把头皮缝合，通过无线传输，这样就不会有明显的感染风险。

再比如刚才裴老师提到的各种植入电极，如果采的信号质量比较差，且不能长时间使用，也是比较大的麻烦。可能费了半天劲做植入手术，结果没用几天就废了，这肯定也不行。

最近，一方面是微纳加工技术及设备的发展，另一方面是材料方面的进步，已经可以做柔性的植入传感器，它能延长传感器的使用时间。也就是说，这些硬件技术，甚至包括人工智能的发展，算力的提升，都对脑信息的快速分析和解码有很大的推动。这都是由重要的技术支持而形成的解决方案。所以说，这些软硬件技术确实提供了推动力。

对脑机接口这辆车来说，需求有方向的牵引，而后的软硬件技术则产生了推动。牵引和推动共同促进脑机接口技术，向着实际的应用落地。这是我的想法。

别西：在讲座中李老师和裴老师都对侵入式的脑机接口做了比较多的分享，而吕老师更多关注的是非侵入式。在商业应用方面，非侵入式走得要更快一些。所以想请吕老师也谈一谈这个问题，我们这些年脑机接口的进展是由什么驱动的？技术驱动、应用驱动、还是两者都有，具体情况是怎样的？

吕宝粮：我认为刚才李老师说得很对，应用和技术两方面都有。

随着我们国家的老龄化，老年人的脑血管疾病、精神疾病等问题也变得严峻起来。而传统的技术却遇到了瓶颈。比如在脑深部电刺激（DBS）这一领域，我们国家做得非常好。譬如昨天我刚好在瑞金医院参加了一个小型的内部会议，在神经调控方面他们做得相当出色。不像二十几年前，核磁共振设备基本都是国外的。在DBS这方面，我们国家就有两家不错的公司——景昱和品驰。

只不过在美国，如果你得了帕金森病，医疗保险是可以覆盖做DBS的费用。但相对来说，我们国家帕金森病患者大概有几百万，数量也很多，可因为公费医疗没有完全涵盖DBS的费用，有的患者很可能负担不起，这些人就没办法享受到先进的治疗技术。所以我认为需求和技术是动态变化的。

还有一点，方向也非常重要。举电动车的例子，我们国家看的方向比较准，而有些国家可能就没有看准这个方向，因此错过了发展的最佳时机。可能你的技术已经达到了这个层面，但是否选择投入资源，在几年之内，就会形成比较大的差距。

我个人认为非侵入式脑机接口，它的器件和设备还是有点贵，用起来也存在信号质量不好等问题。但要是等到问题全部解决了再研究和开发，可能也不行。像现在这样几个渠道同时做，随着硬件、算法以及范式的改进，一些应用的落地可能会更快。

我不知道企业里是怎样的，但高校还是受一些政策的影响比较大。相当多的人是在做一些容易发文章的东西，也不太讲求效益，创新性可能也不是特别高。

总结一句话就是：硬件、软件、算法和范式相关的创新，都已经进入了一个可以做应用的阶段。我20年前从日本到交大的时候，当时要买64导Neuroscan设备需要120多万，是非常大的一笔开支。但现在，我们国内高校要想买这样的设备已经变得相对比较容易了，已经到了一个大家都可以参与的阶段了。

SR1101可充电植入式脑深部电刺激套件

景昱医疗

别西：谢谢吕老师的分享。我们作为投资公司，可能更关注商业化落地的方向和应用，并且我自己是神经生物学背景，所以跟国内做这块的公司和老师多多少少都有一些接触，也有同感。可能大家以发文章为主要驱动，就会忽视许多真正重要的问题。不知道是导向的问题，还是说大家的兴趣偏好，甚至可能是能力问题，导致有很多低水平的重复，这么说有点太严重，但确实有很多真正重要且难度更大的问题，还没有被解决。

沿着刚才吕老师提到的国内外的比较，这个问题我想提给裴老师，因为刚才您的工作也比较了很多国内外的公司以及高校正在做的一些工作，您觉得我们现在脑机接口这一领域，从底层技术来看，跟国外有哪些差距？同时我们有没有一些差异化的优势？

裴为华：我报告里提到的电极有无创和有创两块，整体上来说咱们两块跟国外，尤其是跟美国比，可能都有一些差距。无创这方面，尽管国内也有无创采集放大器做得非常好的，但无创采集的硬件涉及多个关键配件，例如脑电帽。但你别看它只是个纺织产品，但在应用中，它其实需要很多技术的积累，比如说一个帽子戴上去以后，怎么样才能让每个电极都很好地跟头皮接触，这就需要多年的积累才能做好。所以在无创这方面，我认为我们的电极，放大器甚至有些帽子目前都做得很好，但整合成面向实际脑机接口应用的产品还需要积淀，再有就是放大器的核心芯片，还是国外提供的，这是硬件本身的底层技术。

所以，在硬件上，国内跟国外相比有一些差距，但更主要的差距是在应用方面，差距还要稍微更大一点。

再一个是基于无创脑电的算法或解码方法方面，我觉得以吕老师、清华大学为代表的做无创脑机接口的团队，我们的有些技术还是走得挺靠前的。

而有创方面，我们本身起步比较晚，所以在植入电极这块，确实弱于以美国为代表的一些国家，他们的种类更丰富，器件的技术也更先进，其相关技术不止我报道里提到硅基的、PI基的等有限的几种，其探索的范围更广更深。虽然很多工作都是华人在那边去做的，但是美国的积累确实比较长，植入式电极，尤其是在用于人的方面，美国的发展确实要好一点。

有创电极的放大设备，特别是其核心放大芯片，它的近况可能比无创电极还要再滞后一点。因为它不像无创那样有很大的需求，所以国内的一些公司很早就开始开发无创电极接口的放大电路，但是有创这一块大部分时间还是用在实验室里。直到十几年前，才有一些国内的机构以国外的一款芯片为核心，搭建我们国内的有创采集系统和设备。

经过十来年的发展，目前国内的这些脑电采集设备也做得很不错了，但在面向用户的软件应用方面仍然较弱。比如说信号采集过来以后怎么怎么进行信号的分类以及信号处理，以满足采集人员分析信号的需求。这方面我们经验还是不足，和用户互动的时间也比较少。所以有创跟无创比起来发展得又慢又晚。而有创能够做的事情又更多，我们滞后的更多一点。比如说，美国已经做了几十例的病人了，具体的数据可能李老师更清楚，但是国内可能只有个位数。这是我大概的一个看法。

别西：因为脑机是一个特别复合的工程，有软件有硬件，还涉及到神经生物学，以及芯片电极算法，您觉得这些方面中，我们最有可能在哪方面产生突破？

裴为华：就像您说的，我也觉得脑机接口每一方面的进步，都离不开其他几个方面的支撑，它是一个交叉学科。就我自己来说，我最大的感受是，这是一个系统工程，每一个方面的进步都会受到其他方面的制约。包括您刚才提到的电极、芯片、算法、系统、做动物实验的人才、以及使用平台和方式等等。

像是研究神经生理的人会给我们提一些需求，需要记录5个通道的信号，我们拿只有1个通道电极分别放5个地方，以前是可以接受的。但是现在国外出了Neuropixels，一下就能同时记录几百个通道。分别记录的效果且不说，通道数少的效率相比人家低了若干倍。再者信号记到以后，你还需要有能力来传输和处理。这又涉及到通讯速率、带宽、无线传输等技术，所以这里面涉及到许多技术，相互之间会有许多制约和限制，都需要一一去解决。

如果要说我们在什么地方能够有突破，我真看不出来。原先我们是想就买国外的设备，我们好好做后头的应用。但是国外把你前头一卡，你后头那些就是镜中月水，无源之水。没有了前头的这些采集，你后头信号处理得再好，又有什么用呢？

所以说在某一方面的强可能不是真正的强，而且也强不起来。如果没有国外的设备芯片或者是其他团队的支撑，许多事情没法做起来。

我们现在就面临着这样的问题，没有芯片，做多通道的时候只好靠在工艺上去把线条做得更细，增加密度；或者通过堆叠增加数量，做出来的器件很大。但这不是根本的解决办法，所以仍然需要各个不同专业的团队来配合，才能把整个技术链条做大做强。

别西：我们自己在观察医工结合领域的时候，感觉中国存在一些优势。可能时间积累的关系，在底层技术上有点落后；但在临床资源这一块，其实我们是有优势的。对于这方面，吕老师跟瑞金医院展开过很多合作，可能有更深层次的体会，您能展开我们有可能利用临床资源的哪些方面，比如抑郁症，能有一些弯道超车或者是做出突破性进展的机会吗？

吕宝粮：举个例子，瑞金医院功能神经外科用DBS做难治性抑郁症，应该是走在世界的前列。最近，美国UCSF的Edward Chang团队在Nature Medicine等期刊上发表了多篇侵入式脑机接口的文章。实际上可以说，现在可以用侵入式脑机接口来做难治性抑郁症的治疗了。

我认为至少在情感障碍疾病这方面的脑机接口应用，我们必须自己做。比如说现在的DSM-5量表（精神障碍诊断与统计手册第5版）都是美国人弄的，但是里面的问卷内容可能就不太适合我们中国人，所以必须中国人自己做。

第二，我认为，我们外科医生的手术水平肯定是很厉害的，一天的手术量要比国外多很多，但是我们的瓶颈就是欠缺一点底层的东西，假以时日是可以追赶上的。同样是电动车的例子，你原来不会做电池，你搞几年，等出现那种有想法的人和公司，比如说宁德时代。当你把电池做好了，其他的那些控制算法就可以比较快地实现。所以还是要瞄准一个应用把它做实了，而不只是发些文章。这个领域是特别交叉的，但现在我们的学生的认知可能有些片面。有的同学觉得做脑机接口研究，可能会影响找工作。我觉得我们大学老师也有责任，因为你没有教育和引导好，学生就很难看准方向。所以说教育也非常重要。

确实像刚才裴老师所说，这是一个系统工程。不是说觉得很有希望我们才去做，而是现在这个形势已经逼着你无路可选了，只有华山一条路可走。所以，你必须做。不管是芯片也好，其他的也好，你都必须做。而且我觉得这是经过努力我们应该可以做好的领域。

李骁健：刚才吕老师说的很关键的一点是，其实无论是穿戴式或者植入式的脑机接口，国内这些年的学科建设是比较滞后的。包括裴老师前面提过，因为这是个学科大交叉，可以看到我们几个人都是做这个领域的，隶属于不同的单位，甚至在不同的院系里。这其实跟美国差的比较远，这样的话会存在比较大的问题。

从个人来说，我们的实验室对于自己所在的单位，甚至院系、院所都属于小众领域。包括吕老师讲了招生问题，因为我们跟别人做得不大一样，培养的学生会被认为不合群。刚才别总开始也提到，国内发展脑机接口最为关键的问题是能力问题，一方面大家比较分散，没有形成重要的合力，另一方面人才培养也比较不足。当然国内也有自己的一些优势，比如说在临床资源上。

在美国前面20来年，一共做了大概有30来例植入式的，就只有这么几个积极临床志愿者。我开始介绍时，也提到通用解码器，它需要有足够的数据库。就需要有足够的临床数据，才能建立一个比较通用的数据库。

前面我也提到去年美国FDA出了植入式脑机接口的IDE指南，这样的话大家就可以在有规范监管的情况下，去做这些东西。在临床上，美国目前是处于一种比较开放的态度的。而中国在这方面能够跟上的话，实际上能获取的临床资源会更丰富，起码在获得数据方面肯定是要比美国强得多。

话说回来，真正能将脑机接口做起来的，应该也只有美国和中国这样的具有科技体量的国家。特别植入式脑机接口，其实欧洲根本就不怎么做，甚至连猴子的脑机接口，欧洲也是严格限制的。因此，欧洲其实已经被排除在竞争的队伍之外了。只有美国跟中国有体量、资源和认知能力去做这个事情。但是对于美国来说，它的优势就是持续的资助，它的积淀是非常深的。中国这方面在技术上虽然起步晚，但也有不少的团队在做，包括这些年有挺多的海归回来。所以也是能够把技术培养起来，只要多投入还是有机会的。

当然从整体上来说，客观上的社会资源还是主要集中在临床上，这方面中国确实在世界上遥遥领先。换句话说，我们能够通过数据的优势，更快地提升脑机接口技术的性能，以及在社会面，至少在医疗方面，将脑机接口的临床应用普及，这还是有比较大的优势的。

FDA植入式脑机接口的IDE指南

https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing

别西：刚才我们可能更多的是从底层技术的中外进展做一个比较，包括现状和未来发展。接下来回归主题，聚焦于商业化应用。我们都对吕老师跟米哈游的合作很感兴趣，譬如对脑机接口在游戏方面的应用前景。吕老师能展开给大家介绍一下您们和米哈游的合作情况吗，在未来有可能到达一个什么样的场景？

吕宝粮：我简单地给大家分享一下。米哈游最近几年发展的很快，特别是原神出来以后，大家都很喜欢这款游戏，这也促使他们的队伍在迅速扩大。

我刚才在讲座里说过，零唯一思是去年12月和米哈游联合成立的，脑机接口这一块也是他们整个战略布局的一部分。今年我参与了尧德中老师任首席科学家的无创脑机接口国家脑计划项目，我所在的课题是由上海精神卫生中心的易正辉主任担任课题负责人，研究主题是面向抑郁人群的无创脑机接口应用及验证，米哈游也参与了这个课题。未来把情感脑机接口与游戏结合起来，肯定很有意思。比如说开发头戴式设备，哪怕我们获取的脑电信号只能识别出这个人打游戏是不是很开心，就可以在上面做很多有趣的事情。另一方面，我们也可以评估打游戏是否会上瘾，如果有可能上瘾的话，我们可以考虑游戏交互的策略。整体来说是把用户的情绪状态和游戏本身实时地联系起来，而不是现在这种人和游戏分离的交互方式。

大家可能比较关心元宇宙等热门话题，情感脑机接口技术肯定是可以用上的。比如说未来具有6G的设备，使用那么大的宽带，肯定不只是为了传声音，它可以实现更加细腻的真人表情。现在我们就很幸福，微信电话就可以直接视频了，可能再过多少年，我们开会，裴老师、李老师和别总就像真实地面对面一样。这里边的情感智能非常重要，所以这些未来的底层技术都是要放在一起探讨的。目前我们的侧重点只是在抑郁症的客观评估与数字疗法方面。

别西：评估数字疗法，大家可能关心如何去做标志物，而我其实好奇如果说要去替代量表，或者说对量表所采集的信息作为补充，那在临床设计上，我们是需要跟量表做对比，还是说它只是辅助型的疗法，只需要做单独的临床就可以了。

吕宝粮：我可能刚才没介绍清楚。首先肯定是一步一步来的，现在医生的诊断是金标准。我们构建这个系统先是作为医生的辅助工具，但评估系统背后的很多算法是具有学习功能，因此评估系统的性能可以不断提高。当然，如果能发现生物标记物，这肯定不得了。但生物标记物可能不是那么简单，而是一个多模态的，也可能是一个和人相关的随时间变化的指标，因为你的大脑就是这样表现出来的。现在我们为什么不知道？只是因为过去这些信息我们获取不到，也没法获得重要的特征。

这不是一件简单的事情，但我觉得应该是要朝这个方向去努力。需要多少年我不知道，但我确信一定会找到一个金标准，将来不需要依靠医生的经验和量表来判断。寻找生物标记物也将是一步一步发展的，无论怎样，至少它是可以逐步来实现的。所以可能一开始是辅助，但未来一定会形成一个诊断的金标准。

别西：我自己是觉得可能是要结合生物标记物，如果在临床上能找到一些数字标记物，那也是划时代的发现。

吕宝粮：因为神经科学和认知科学也在不断发展，这肯定是一个趋势，而不是说一下子就能找到。

别西：脑机接口作为交叉领域，老师们会希望具有哪些背景的人才或学生加入呢？比如老师们是希望找一个学BME（生物医学工程）的，还是EE（电子工程）的，还是学神经的，或者说学CS（计算机）的，老师们觉得哪块缺，如果给大家做建议的话，可以选哪些？

裴为华：我们这边是需要EE和生物医学工程，甚至我觉得做材料和化学，特别是电化学的都可以。尤其是对神经工程和传感技术比较感兴趣的都欢迎。因为身体里电极的反应，说实话是一个电化学的过程。

吕宝粮：这个问题还是受到了学科的限制。因为现在人工智能太火了，所以要进交大计算机系读硕士或博士，学生的排名要非常靠前。结果是我们这边进来的全是计算机专业的，我倒是希望有生物医学工程、自动控制、心理学和神经科学等不同专业的学生进实验室，但是我招不进来。

所以，这也是国内和美国的差距，我们给学生不必要的框框太多了，实际上根本不需要。

李骁健：前面两位老师说得都很好，因为学科大交叉，所以也应该尽早地进行学科交叉融合培养，这很关键。

从我的角度，尤其我做的虽然是植入，但是我是做全栈技术研发的。所以说刚才别总提的这几个专业我们都很需要，都很欢迎，甚至机械自动化这块也是非常需要，因为涉及到执行器部分，最后都在应用端，所以需要这些东西。

别西：我给大家一点不成熟的小建议，还是选自己最喜欢的，因为你喜欢你才能做得好。最后一个问题，如果对于脑机接口，我们做一个近5年的预期，老师们觉得脑机接口会如何发展？

李骁健：因为我在做植入式脑机接口的全栈技术和应用研发，这里面我们提到了应用场景三步走，主要根据技术成熟度来开展。因为毕竟它是医疗器械，要进入临床审批有一定难度，所以我前面也提到三年方案，主要是为了更多地获取脑信号数据，对现有的医疗脑信号监测设备进行升级。另外便是把更多的数据用于通用解码器的建立。诊断方面可以用传统的电极，包括新研发的高通量的各种硬质的和柔性的电极都是可以的。

实际上5年的目标是变革性的，主要是做功能替代体。针对瘫痪的、失语的或失明患者，希望能够通过这种全植入脑机接口帮助他们进行功能重建。因为这一阶段主要是依据神经科学研究基础来说的，感觉运动的脑功能图谱这块的理论建设是比较完善的。所以我们有充分的理论依据，在疗法上，我们是比较明确地知道要如何进行，只要有足够的数据把解码器效果提升，就可以普遍地使用了。

我们在做植入式脑机接口技术的临床化，最先落地的场景就是在这些瘫痪、失语、失明患者，还有行动不便的病人上，给他提供功能替代或是功能康复的服务。这是我认为在后面5年能够完成的一个目标。再往后将针对比较严重的精神疾病进行治疗，但因为这方面神经科学研究的基础还不是特别完善。所以，5年，还是做刚才我提到的感觉运动相关的功能替代和康复这方面的医疗服务。

吕宝粮：我们零唯一思，在5年内要完成情绪“X”光机的开发并获得三类医疗器械许可证。在这个系统研究的基础上，将会开发面向一般人群的抑郁症筛查系统。比如说9月份入学了，高中和大学都需要快速的抑郁症筛查和预警。还有家庭情绪指示器，类似家里的血压计一样，用于抑郁症患者服药效果的评估。目前没有客观的评估方法和工具可以使用，基本是看完病之后，过两个月才能约上医生，才能得到相应的评判。所以希望能早日把家庭情绪指示器推向市场。

另外，今年启动的国家脑计划的研究期间也刚好是5年时间，我们承担的研究任务是情感交互的抑郁干预BCI系统及应用验证。正像前面介绍的那样，在完成医院级和家庭级的抑郁症客观评估系统的基础上，我们将会开发相应的数字疗法。这个数字疗法不仅仅是游戏，游戏只是其中的一部分，还有其它的一些情感脑机交互技术。我相信这些技术将会对情感障碍疾病的诊疗发挥重要的作用。

裴为华：我还是从有创和无创两个角度来说。我们这里谈的更多的是双向的，其实现在单向的挺多的，比如说经颅磁刺激、经颅电刺激。现在在美国已经有一些临床上的试用了，国内其实也有好多单位在跟踪这一块。所以我们的第一个目标就是在民用方面。在消费类市场里可能有一些保健类的产品。目前有很多已经在淘宝上出现了，但它的效果怎么样？不能肯定。比较严谨的一点，就是经颅磁刺激、经颅电刺激，特别是聚焦在经颅电刺激这些产品。据我所知，目前有一些公司是在做的，我相信5年左右可能会像吕老师那样，他们会申请进入临床或者是临床前期的研究，这是无创的。

有创的可能是针对一些需求更明确的疾病，像给予深脑部位或脊柱的这种刺激，针对残疾人或者针对疼痛等专用的疾病，因为这已经有成功的案例，例如DBS。所以在未来5年里可能在植入式刺激方面会有更多的公司加入，来应对更多的疾病的干预。

具体存在什么病是最适合脑机接口的，现在还不太明确，尤其是在干预这一块，比起记录型脑机接口来说，它的需求更明确。在5年里，这些公司以及市场应用会得到长足的发展。

别西：希望三位老师的预测都能成真。总体来说咱们还是比较乐观，听上去可以做的事还是挺多的，在神经生物学整个领域临床未解决的需求，也是非常巨大的，这是所有从事者的一个共识。

主持人 ：别西 | 嘉宾：李骁健、吕宝粮、裴为华

整理：海星、光影 | 校对：光影

但是，AI能否成为“贤内助”，还要先面临拷问：假如在人类使用BCI与AI合作中出现了事故，责任到底是该人类，还是AI（或其开发者）来负呢？

现有的人机交互界面中，人、机是物理上分离的，使用者和AI进行的指令操作可以通过空间、时间的间隔进行切割，因此区分人类、AI的失误，归责相对容易；但当引入了BCI这个第三者，贵圈就乱了。这一切还得从BCI的性质说起。

BCI是脑与外部设备的桥梁，大脑可以通过电极等装置与机器、计算机中的AI交流。外部设备除了接受大脑信号以外，也可以反向对大脑进行一定刺激。这可能会导致使用者模糊人机之间的界限，分不清通过BCI做出的行动究竟是源自自身意志，还是AI的影响。在一项2016年的研究中，一名接受深度脑刺激（DBS）治疗抑郁症的患者就曾报告说他怀疑自己的行为方式受到了装置刺激的影响，而非完全出自个人意志。未来随着人机之间信号传输率上升、延迟性减少、控制和反馈的复杂性增加，这样的影响可能会加深。

在人类使用BCI与AI协同操作机器时，机器接收的指令可能来自于双方。当它执行了导致事故的错误行动时，不同于传统的人机交互，由于人机间的紧密联系，就可能难以区分导致该行动的指令来源。就算能追踪每一条信号的来源，问题仍然存在：使用BCI的方式本身就可能影响人类的大脑，不妨理解为在做决定的过程中，AI一直在给你吹枕边风。如果无法分离二者的主动性和行动，又该如何区分责任呢？这可能就需要借助哲学上的能动性（Agency）概念了。

主要/次要行动者理论

想象一下，你开着新款智能车过年回家，如果选择手动驾驶，掌握方向盘的你此时就是一名行动者（Agent）。你根据肉眼所见的道路状况，在脑中计划出接下来的行动，通过转动方向盘的方式使车辆朝目的地行驶，就是哲学上能动性的体现。

能动性是指某一实体对外界或内部刺激做出的反应。不同于简单做出行为，行动者的能动性表现出目的性和计划性。同理，假如你开车途中，突然很想跟家人在线视个频——道路千万条，安全第一条，此时就要选择无人驾驶模式，将对车辆的操控权交给AI。AI根据摄像头反馈的道路状况进行路线规划后，操纵车辆按目标路线行驶，也是其能动性的体现。

然而在使用BCI辅助驾驶时，能动性很难在二者之间界定。这是因为人和AI对车辆进行共同控制，无法通过直接观察车辆的动作，回溯二者发出的行动指令，并对其简单分离。假如在这种情况下出现交通事故，将很难进行责任界定。

为解决这一难题，慕尼黑大学医史研究所的研究员安德烈亚斯·沃肯斯坦（Andreas Wolkenstein）提出，不用由下至上追踪每一条指令的路径，而是由上至下，从“能做出的行动”入手，区分主要和次要行动者（primary and secondary agents）。两者均不要求具有自由意志，其区别仅在于具有不同程度的能力：（1）有能力起始、同意和终止行动；（2）在行动过程中，能够独立接管和调整复杂的行动步骤。主要行动者的行动自由度更大，有能力根据计划和感知到的环境因素做出判断，调整选择；而次要行动者只能在前者允许的范围内采取行动。

假设你驾驶着智能车去接女神下班，通过BCI授权车载AI按路线行驶。在你启动汽车后，由于AI只能按照你所想的路线，让汽车执行有限的转向、直行等动作，此时你是主要行动者，而AI是次要行动者。

现在你从后视镜发现情敌追上来了，怎么能让他超过你？于是你把车辆切换到手动驾驶，正想化身秋名山车神时，却被AI强行阻止了。原来它的系统里设置有安全限速程序，并且监测到了你想超速的危险想法。由于你只能做出AI允许的安全驾驶操作，任何超速的举动都会被AI禁止，此刻，AI升级为主要行动者，行动受限的你只能退居次要了。

考虑能动性可以帮助我们更好地分解行动。当一项最终的行动酿成事故时，就可以根据发生时刻的主要/次要行动者关系——包括这项行动的发起者是谁，谁又应当“考核”这个行动——来确定因果关系。这有助于将行动及其造成的后果与责任联系起来。

确定行动-行动后果后，就可以前进至后果-责任追究了。法律上要求追究责任的对象需要具有主体资格，同时还需要具有主观过错，包括故意和过失。虽然AI已经越来越多地展现出智能行为，但目前法律上仍未赋予其主体资格；同时其也还未达到具有自由意志的程度，故也不存在主观过错。

既然如此，当行动后果归于AI时，其最终产生的责任就只能由背后的自然人或法人来承担。那么，使用者从开发者处购买BCI装置，通过BCI与AI协作完成任务，使用中出现事故时，责任就将根据行动者-能动性-行动-直接后果-责任的对应，在消费者、BCI和AI的开发者中进行分配。

问题展望

但即使我们能够将行动与后果一一对应起来，事情的复杂程度仍在其之上。除了故意造成的外，责任还包括过失责任，即应当预见危害却没有预见，或是已预见但相信会避免。

那么，对于科技公司为代表的开发者来说，这种“应当预见”的危害包括哪些呢？同时还有使用者与AI之间的授权关系，例如使用者授权AI自动驾驶出了交通事故，使用者作为授权者，是否具有一定的监督责任？还是应当推定其对AI具有百分百的信任，从而可以减少责任？未来实际案例的复杂程度可能远超我们的想象。

即使上述问题都可以顺利解决，随着科技的发展，另一个问题不可避免：是否赋予强AI一定的主体资格，让它自身也能承担一部分责任？例如，2016年谷歌无人驾驶汽车与一辆大巴发生擦碰事故时，美国高速公路安全管理局（NHTSA）就认为控制汽车的AI可以被视为“司机”。现在进一步考虑何种智能程度的AI可以获得主体资格，又能获得什么程度的主体资格——唯可叹路漫漫其修远兮。

法律的发展固然有其滞后性，尤其是科技迅猛发展的今天；但尽可预见之力对科技风险提前做出的思量，大概就是人类向前方斩开荆棘之路时，那把达摩克里斯之剑的剑鞘吧。

参考文献

• Wolkenstein A. Brain-Computer Interfaces: Agency and the Transition from Ethics to Politics[C]//International Conference on Human-Computer Interaction. Springer, Cham, 2017: 103-118.
• Klein E, Goering S, Gagne J, et al. Brain-computer interface-based control of closed-loop brain stimulation: attitudes and ethical considerations[J]. Brain-Computer Interfaces, 2016, 3(3): 140-148.
• Yuste R, Goering S, Bi G, et al. Four ethical priorities for neurotechnologies and AI[J]. Nature News, 2017, 551(7679): 159.

也可能，你会和我一样，有一位掌心植有芯片的同事。

这些都是生物黑客的类型，它是一个含义广泛的词，不仅在硅谷红透了天，在其他地方也逐渐风靡起来。

生物黑客，也被称为“DIY生物学”，内涵丰富，无固定含义，许许多多的事情都可以被称为生物黑客，从利用科学处理后的酵母或其他生物组织追踪睡眠和饮食，到把年轻人的血液输入体内，满心期望以此永葆青春【这是真事儿！又被称为“年轻血液灌注”，稍后咱再细聊这个事儿】，这些行为都属于生物黑客的范畴。

目前最为人诟病的生物黑客是这样一类人：他们不在传统的实验室或研究所内做实验，其研究对象是自己的身体，他们对增强肌体运动或认知表现热情满满，甚至还形成了“超人类主义” （transhumanism）的一个分支（超人类主义认为人类有能力、并且应该利用技术来增强、改善自身）。

一些生物黑客拥有正统的博士学位，也有一些则完全是野路子出身。黑客们的“黑客行为”与其为人一样千姿百态、百花齐放，层出不穷的黑客手段、与传统医学有何区别、它们是否安全或合法，都是颇为棘手的问题。

随着生物黑客越来越频繁地登上媒体——刚好，最近Netflix上的一部精彩剧集《物竞人择》（Unnatural Selection）中就有它的身影——有关其基本知识，值得我们一探究竟。下面是9个有关生物黑客的问题。

首先，准确地说，什么是生物黑客？有哪些常见的例子？

答案取决于你问谁，你可能会听到不一样的生物黑客定义。这是因为生物黑客的内涵太过丰富，太多太多的探索方向都被它包含在内。我更倾向于把生物黑客看作是一种操纵脑与身体以优化其表现的尝试，且不属于传统医学的范畴。但在稍后，我也会介绍一些其他类型的生物黑客（有些生物黑客可以描绘出相当令人难以置信的艺术）。

戴夫・阿斯普雷（Dave Asprey）是一名生物黑客，同时也是保健品公司Bulletproof的创始人。他告诉我，生物黑客是“改变外在环境以及自身内在的艺术和科学，最终实现对自身的完全掌控”。他期望至少活到180岁，并为此付诸了诸多实践：把干细胞注射到关节，每日摄入几十种保健品，沐浴红外光等等。

阿斯普雷经常喜欢说一个词——控制，这类词也是其他许多生物黑客的口头禅，围绕如何“优化”和“升级”自己的精神和身体，他们经常侃侃而谈。

一些被生物黑客采用的技术已经流传应用了几百年，比如内观冥想和间歇性禁食，多西曾在一个播客访谈中畅谈这两者，并且这两者已成为他的部分生活准则。他每天尽力做到两小时冥想，工作日每天只吃晚餐，周末完全禁食（有批评者认为其饮食习惯是某种进食障碍，并且担心这会在无意间导致他人效仿），并且每天早晨步行8千米到Twitter总部上班前还会来次冰浴（ice bath）。

补品是生物黑客弹药库中的另一把流行武器。从抗衰老补品到益智药，也就是“聪明药”，他们都会吃。

因为生物黑客想要量化自身的每一个方面，比如，追踪自己的睡眠模式，所以他们往往喜欢买一些可穿戴设备（多西为了追踪睡眠而种草了Oura戒指）。获取越多的身体机能数据，也就越能优化自身表现。

也有一些更激进的黑客行为：冷冻疗法（人为地降温），神经反馈疗法（通过训练实现自主调控脑电波），近红外桑拿（他们认为传送而来的电磁波可以减压），以及虚拟漂浮舱（在感觉被剥夺的环境中进入冥想状态）等等手段。有些人为这些疗法花上数十万美元。

一小部分生物黑客被称作“研磨者（grinders）”，因为他们甚至把生物芯片植入体内！植入的芯片让他们拥有了许许多多的“超能力”，从无需钥匙的自动开门到监测皮下血糖水平，都可以！

对研磨者而言，比如佐尔坦・伊什特万（Zoltan Istvan）（曾作为超人类主义党领袖参选总统），拥有植入物既有趣也会带来许多便利：“我已经享受并依赖这一技术了，”他最近在《纽约时报》写道，“我家前门的电子锁上有个芯片扫描仪，当我出门去冲浪或慢跑时根本不用带钥匙！”

伊什特万还说“对于一些手臂残疾的人，如何开门或使用家用器具呢？把这些东西改造成可读取芯片，并把芯片植入到他们脚内，这是最简单直接的方案。”研磨者们对于打破机器和人的界限极其感兴趣，在目前所有可行的增强血肉之躯的方法之外，植入芯片的方式让他们激动不已。但对他们而言，植入芯片只是黑客之路的开胃小菜而已。

生物黑客为何要这么做呢？背后的动机是？

从根本上说，生物黑客所做的事情就是与每个人都息息相关的一些事：想要变得更好的渴望，我们究竟可以将身体开发到何种地步。这种渴望体现在许多爱好或想法上，比如有些人仅仅是想不再患病，还有些人想尽量变得聪明、强壮，当然也有一些野心勃勃的生物黑客，他们想达到极限的聪明和强壮，也就是说，他们在疯狂地冲击其生命局限性。

生物黑客的目标是逐渐变得激进的。一旦你决心变身生物黑客，拿起手中的“黑客武器”，从孱弱之躯转眼之间恢复健康，或者进一步增强了身体，体验神奇转变之后的你就会开始思考：真棒！为什么止步于此呢？为什么不加把劲儿，登上巅峰呢？为什么不尝试实现永生呢？开始时你可能只是单纯地希望摆脱当下的痛苦，慢慢的，你的渴望就会变成依靠类固醇实现自我提高。

阿斯普雷就是如此。他现在四十多岁，成为生物黑客的原因就是原先的他身体不太健康。30岁之前，他被诊断为极可能患中风和心脏病，并且认知可能失调，体重将达136千克。“我当初仅仅是想控制自己的身体，因为我已经厌烦了在疼痛中挣扎，情绪波动不定。”他说。

他现在感觉更健康了，也开始想如何延缓衰老、优化自身的每一方面。“我不想止步于变得健康，这个目标太平庸了，我想更进一步，我思考的不再是‘我该如何变得健康’，而是‘如何才能卓尔不凡？’”

扎纳是一位曾把CRISPR编辑过的DNA注射入体内的生物黑客，多年前他也曾有健康问题，他的许多黑客行为也的确是为了治愈自己的尝试。但他也有一些动机源于遭受到的挫折。和其他一些生物黑客一样，扎纳也有着反权威的思想倾向，对于传言中联邦当局拖延批准各种医疗手段，他感到不满。在美国，一种新药的研发、批准上市可能要耗费10年之久，对于有严重疾患的人们，10年真的是残酷而又极度漫长的时间，因此，扎纳呼吁把科学民主化，准许人们能够在自己身上应用科学技术。

（然而，扎纳也坦承，他的有些黑客行为是出于引人注目而有意为之，“我也会做一些荒谬的事儿，我的动机也并非总是百分百单纯为公”。）

生物黑客的社区也呈现类似的意识形态：社区共同体。社区提供给人民一个不区分阶级的环境，去探索一些不同于传统的想法，从而在社会主流环境外重新催生出一种很酷的身份认同感。生物黑客们在网上某个特定的地方聚集在一起，比如Slack和WhatApp上的讨论群——例如WeFast，这是一个间歇性禁食者的聚集地。在线下，他们开展黑客实验、在“黑客实验室”（即兴成立并对公众开放）上课，参加任意一场、每年有数十场的生物黑客大会。

生物黑客的行为与传统医学有何不同？什么样的事可以成为生物黑客的追求？

某些类型的生物黑客行为与传统医学截然不同，但其他的一些黑客行为则与其息息相关。

许多历史悠久的技术，比如冥想、禁食，都属于初级生物黑客行为，但上一堂动感单车课或服用抗抑郁药也可以达成类似的效果。

可能判断生物黑客行为的准则并不是看它是否与众不同，而是其内在的精神理念。生物黑客的内在哲学是：我们无需接受自身的不足，我们可以利用大量高精尖或广泛普及的技术来改造美中不足的自己。对于传统医学中那些为检验研究可靠性而存在的金标准，比如双盲、随机性原则以及设立安慰剂对照组，它们通通无法成为迟一些应用某项技术的理由。改变自己，应该立即开始。

百万富翁谢尔盖·法古特（Serge Faguet）是一个谋求永生的生物黑客，如他所言：“硅谷的人装着满脑子的技术，把任何事情都看作一个个工程问题，众多没有类似技术理念的人会认为‘嘿，人终有一死的’，但我觉得，一旦某些事实发生，生物黑客的意识便会在我们脑中越来越清晰。”

罗布·卡尔森（Rob Carlson）是一位合成生物学家，从21世纪初，他就是生物黑客的拥护者，“现代医学本身就是一种黑客行为，”但人们经常只把特定的一群人称为“生物黑客”，以此暗示他们的所作所为不合法。“这就是把人群分类，比如会有这样的话：‘你看那些生物黑客做的事儿真奇怪。’这类现象实际上反映了更高层面的社会问题：谁才真正有资格去做任何事情？为何有些人被禁止探索新行为，并禁止在公共空间讨论？”

如果我们将“谁才真正有资格去做任何事情？”这样的理念推进到某种极端，这会让科学知识失去合法合理地位，同时危及公共卫生。庆幸的是，一般而言，生物黑客并不想让科学知识的地位如此尴尬，他们仅仅是想靠近、接触科学发现，不要因为他们没有博士学位就让他们靠边站。

那么这一切背后有多少科学依据呢？

一些生物黑客行为有着强有力的科学支撑，其本身很可能就是一种有益的行为。有些黑客行为背后经历了长达几个世纪的反复检验，比如，临床试验证明，正念冥想有助于减少焦虑和慢性痛。

但也有一些黑客，其所作所为缺乏有力的或完备的科学证据，最终要么无效，要么有害。

在多西为近红外桑拿背书之后，该设备公司Sauna Space便订单大增，他们宣称该产品通过促使身体排毒，增强了细胞再生能力，同时可以抗衰老。但据《纽约时报》报道，“虽然有一项针对中年和老年芬兰男性的研究表明，其健康得益于桑拿，但对于这种近红外桑拿（直接用白炽灯照射身体），还缺乏广泛研究”。所以，购买这种昂贵的近红外桑拿产品可以改善健康？结论还不清楚。

与此类似，多西推崇的间歇性禁食疗法可能对一些人有效，但科学家依然有许多疑问。虽然在动物上已有很多有关禁食的长远益处，其中许多结果甚至可以说前途不可限量，但在人身上还缺乏足够的研究支持。禁食已经走入大众视野，但因为其实践快于科学实证，“践行便需谨慎”。有批评者指出，对于那些已经患有进食障碍的人，禁食可能是危险举动。

有关生物黑客保健品这个话题，我的同事茱莉娅·贝鲁兹（Julia Belluz）曾报道过阿斯普雷提倡的防弹饮食，她说：“阿斯普雷瞧不上健康的食物，并且他认为，要实现‘一天一磅’的减肥目标，购买他那昂贵的、‘有科学依据的’防弹饮食会很有帮助。”此外，她也不认为阿斯普雷有关自己言论的科学文献引证足够可信：

我发现阿斯普雷的文献引证由精心挑选的文献组成，也包括了许多与人类无关的糟糕研究。他会把支持其论点的研究拿来，忽略那些与其矛盾的研究。

其中一些研究只在大鼠和小鼠身上做了，并没有在人身上得到验证。早期在动物身上做的研究，尤其是针对成分复杂如保健品的研究，从来没有推论到人身上。阿斯普雷美化了椰子油，污名化了橄榄油，并且忽略了大量已证明橄榄油有益健康的随机性试验（随机性原则保证了证据的最高可靠性）。此外，他引用的一些研究只是以特定的小群体为研究对象，比如糖尿病人，或只包括很小数量的人。其研究结论不可鲁莽的应用于普罗大众。

以上种种生物黑客行为听起来都可能被推向极端，已被尝试过最危险的生物黑客行为是怎样的？

有些极度危险的生物黑客行为来自于绝望之人。某种程度上，我们是可以理解的。如果你得病了，疼痛不止，或者你已垂垂老矣，惧怕死亡，并且传统的医学又束手无策，没有任何措施可以缓解你的痛苦，这时候，谁又会苛责你通过其他途径寻求希望呢？

但也有一些貌似是最后的希望，实则万分危险的尝试，其实根本不值得冒险。

如果你看过HBO的剧集《硅谷》，你就会懂什么是年轻血液灌注疗法。这种疗法中，年轻人的血液被看做一种可恢复年轻活力的补品，年老者付钱购买年轻人的血液，然后灌注于自己的静脉，以此抵抗衰老。

这种在剧中被假定的疗法听起来总会让人想到吸血鬼，但在现实的硅谷它已经流行了起来，在试验中，每个血浆渗透压（POP）标价8000美元。亿万富翁、科技投资者彼得·泰尔（Peter Thiel）对此有着强烈兴趣。

正如查维·利伯尔（Chavie Lieber，资深记者）所说，虽然有限的研究表明，这种灌注疗法可能有助于抵抗阿尔兹海默症、帕金森症、心脏病以及多发性硬化症等疾病，但都未被证实。

2019年2月，美国食品药品监督管理局（FDA）发布了一则声明，提醒消费者远离灌注疗法：“简单来说，我们注意到有些患者被某些肆无忌惮的营销人员蛊惑，妄言其兜售的源自年轻人的血浆可以治愈疾病。采用这类疗法的诊所并未证实其临床疗效，因此这类疗法存在潜在的危害。”

另一些生物黑客行为也属于“千万不要在家尝试”的范畴：比如，排泄物移植，也就是把健康人的粪便转移、灌注到患者的胃肠道内。2016年，因为遭受严重的胃痛折磨，扎纳（Zayner）决定在酒店房间给自己来一次粪便移植。他从一个朋友那里获取了粪便，准备把它灌注到自己体内，以便利用其中的微生物治病。他邀请了一个记者来记录整个过程，这真是从未有过的公开特技表演。后来，他宣布这次实验让他好了很多。

但粪便移植依然处于实验阶段，未被FDA批准。2019年6月，FDA发出通告，两名患者因含有耐药细菌的粪便移植而导致严重感染，其中一人死亡。值得注意的是，这次事件发生在临床试验中，相对而言，个人DIY尝试更加危险。FDA也暂停了一些正在进行的粪便移植临床试验。

扎纳有一个广为人知的观点：你可以利用CRISPR技术编辑自己的DNA。2017年，在一次生物科技会议上，他将CRISPR编辑后的DNA注入体内，并现场直播了这一实验。后来他表达了后悔之意，因为这次直播会促使别人盲目模仿他，“人们将会受到伤害”。但当被问及其公司Odin（位于加利福尼亚奥克兰市的一家初创公司），是否会向公众停售CRISPR试剂盒，他说No。

艾伦·乔根森（Ellen Jorgensen）是一位分子生物学家，同时也是Genspace和Biotech Without Borders的联合创始人，它们是两个位于布鲁克林区的、向公众开放的生物学实验室。乔根森认为扎纳的所作所为令人担忧。作为一名自我认同为生物黑客的科学家，乔根森告诉我，人们不应该买扎纳销售的试剂盒，不仅仅是因为这些试剂盒很大概率上无法正常使用（乔根森是该领域的专家，即便是她也无法将这套工具用起来），还因为CRISPR技术本身依然是一项新技术，科学家们还不确定使用过程中的所有风险。乔根森还说，修补自身的基因组，你可能会在无意间导致某种基因突变，从而增加癌症的发病风险。编辑基因是一种危险的行为，不应该被包装为一种个人DIY活动进而推向市场。

“在Genspace和Biotech Without Borders，我们总能收到令人心疼的邮件，发信人都是孩子患有基因疾病的父母，”乔根森说。“他们都看过扎纳的视频，很想来我们这里治愈自己的孩子。但我不得不告诉他们，‘理想很丰满’……现实真的令人万分心痛。”

她认为类似于扎纳这样的黑客表演玷污了生物黑客（比如说乔根森本人）的名声。“对于DIY生物社区，扎纳这样的表演真是影响很坏，”她说，“因为这种表演会让大家认为生物黑客就是一群不负责任的人。”

所有的这些生物黑客行为都合法吗？

现有的法律条款并不是为类似生物黑客这样的行为而制定，但在一些情形下，生物黑客这类行为反而拓宽了本身为人类而构建的条款适用范围。也就是说，大量现有的生物黑客行为处于法律的灰色地带：许多机构都会感到棘手，比如FDA，既没有判定其完全非法，就其本身而言，也可能属于不会被强制执行的法律范畴。目前生物黑客就好像在新的疆域里肆意狂奔，监管者骑着摩托在后面奋起直追。

在FDA二月份发布声明，呼吁人们远离年轻血液灌注疗法后，该疗法的供应商、位于旧金山的初创公司Ambrosia在其网站上宣布：我们已经停止为患者使用该疗法。11月，其网站显示，“有关年轻人的血浆问题，我们正在和FDA展开商讨”。

FDA有关血液灌注疗法的声明并不是其首次监管生物黑客。2016年，FDA曾禁止扎纳销售用于酿造夜光啤酒的基因工程试剂盒。此外，在扎纳将CRISPR编辑后的基因注入体内后，FDA发布声明判定其销售的、供大众使用的DIY基因编辑试剂盒属于违法产品，但扎纳无视该声明，继续销售。

2019年曾有段时间，加利福尼亚州消费者权益保护部门指控扎纳无证行医。

我曾与之对话的生物黑客们普遍认为，限制性的监管最终只会事与愿违，反而推动了地下的黑客实践。他们觉得，倒不如鼓励大家敞开了聊，使人们可以对某些事情的安全性提出质疑，不必恐惧或担心报复。

乔根森说，大部分黑客都会注重安全性，而不是热衷于工程改造传染病病原体的那类人。他们甚至建立起自己的伦理规范，并信受奉行。而乔根森本人从零几年起就和执法部门展开合作了。 

“个人DIY生物风潮开始的时候，我们就和国家安全部门合作开展了大量工作，”乔根森说。“早在2009年，FBI便开始接触DIY社区，尝试与其建立沟通渠道。”

卡尔森曾告诉我，过去20年间，他关注到生物黑客相关领域有两次趋向变化。“第一次是2001年之后，也就是炭疽袭击事件后，当时华盛顿政府疯了一样，尽力关停了一切相关的生物试验，”他说。“2004或2005年的时候，FBI还抓捕了一些在家里开展生物试验的人。”

到了2009年，国家安全委员会的态度发生了戏剧性的转变。委员会发布了《应对生物威胁的国家战略》，其内容拥护创新，鼓励开放的讨论、开放获取相关材料，以提高个人积极主动性，同时还允许在地下室和车库内开展私人试验研究。

现在，尽管一些监管机构觉得他们似乎应该采取一些措施，但即使把所有生物黑客的一举一动都监管的一清二楚，他们也没有任何直接有力的方式阻止人们探索未知的好奇。“基因编辑技术易于获取和开展，禁止人们使用它是不可能的，所以监管有什么意义呢？”卡尔森说。

延长寿命、努力活得更久甚至摆脱死亡是一种极具野心的生物黑客行为，客观上有哪些限制条件呢？

一些生物黑客相信，技术可以让他们活的更久、更加年轻。老年学专家奥布里·德·格雷（Aubrey de Grey）宣称人可以活到1000岁，并且能够活1000岁的人已经诞生。

格雷专注于发展修复七种与衰老有关的细胞或分子损伤，用他的话说就是，“用工程化的策略轻而易举修复衰老。”他的非盈利组织Methuselah基金会已经获得了巨大的投资，其中包括泰尔的600多万美元，基金会的目标是“到2030年，让90岁成为新的50岁”。

格雷的目标是否现实可行呢？我询问了Genspace的联合创始人奥利弗・梅德韦迪克（Oliver Medvedik），他是哈佛医学院博士，目前在库伯联盟学院的Kanbar中心生物医学工程部门担任主管。“活到1000岁？如果我们作为一个团体，拿出钱来资助那些被认为有价值的研究，那么我们肯定认为这些研究可以实现。”他告诉我。

因为科学界正在众志成城的攻关衰老的根本原因（比如，线粒体的损伤和表观遗传上的改变），所以梅德韦迪克对此乐观以待。过去五年间，对于如何应对诱发衰老的因素，他看到许许多多充满希望的文献不断出现。

抗衰老的研究者一般都会选择两种不同的方法。第一种是“小分子”的方法，常见的是饮食补充剂。梅德韦迪克称这种方法为“轻而易举的小目标。”当谈到非瑟酮（fisetin）可能作为补充剂的一种时他很激动，提到最近梅奥医学中心做的一个小试验，高浓度的非瑟酮可以清除人体已衰老的细胞（已停止分裂并促进衰老的细胞）。非瑟酮是一种植物性化合物。

第二种方法就显得更有戏剧感了：基因工程。科学家在小鼠身上应用了该方法，但通常是修改未出生小鼠的基因组，所以小鼠从一出生便携带着被修改后的基因。梅德韦迪克认为这种方法对人类用处不大，因为我们想治疗的人一般都是已出生或已渐渐衰老。

但他看起来依然是满怀希望。他引用了一项新研究，CRISPR被用来靶向治疗患有早年衰老综合症（Hutchinson-Gilford progeria syndrome）的小鼠，其症状是衰老的很快。“虽然没有彻底治愈，但研究者延长了小鼠大约30%的寿命，最让我感兴趣是，他们是在小鼠出生后开展治疗的。”

他对以非药物的方式治疗老年相关疾病也很感兴趣，比如，利用光刺激影响脑电波，从而缓解阿尔兹海默症，但这种方法短时间内还无法广泛使人受益，一个最简单的理由：“它不是一种药，你没办法简单的把它包装好卖出去，”他说。“制药公司还没将它商业化。”

和生物黑客社区的许多人一样，梅德韦迪克在谈及医疗监管系统如何压制抗衰老领域成长的时候，听起来也有些沮丧。“如果你当下发现一种可以抗衰老的化合物，你不会被立即批准上市，”他说。“因为我们早已给衰老下了定义，它不是一种疾病，如果想获得FDA批准，你必须针对某种疾病，这听来很奇怪，因循守旧，出了毛病。”

生物黑客也包括那些参与DIY科学但并不拿自己做实验的人，这类生物黑客都是什么样的呢？

不是每一个对生物黑客行为感兴趣的人都会在自己身上做试验。有些人的出发点可能是他们醉心于让科学造福大众，也可能是缓解气候危机，还可能是想做出能把我们赶出舒适区、振聋发聩的艺术。

“我脑海里的生物黑客行为是意想不到的人在出乎意料的地方开展生物技术，”乔根森告诉我。对她来说，生物黑客的重心在于将尖端科技以安全的方式惠及大众。她帮助建设了Genspace和Biotech Without Borders这样的黑客社区，推出了有关使用CRISPR编辑基因组的课程——参与者对酵母进行基因编辑，而非在自己身上。

生物黑客社区内的一些人非常无私，他们来学习生物黑客是为了寻找制造可回收利用的塑料或生物燃料的方式，从而有益于环境。他们可能会在车库里搭建临时实验室，拿一些生物开展试验，或者参加Genspace的相关课程，学习如何用菌类制作家具或用康普茶造纸。

实验艺术家也会对生物黑客感兴趣，但对他们来说，生物学只是他们的另一个调色板。来自西澳大学的艺术家奥隆·凯茨（Oron Catts）和伊恩纳・祖儿（Ionat Zurr）开创性地在实验室中培育出了肉，并将它“端上餐桌”。他们把源自青蛙的一些细胞培育成了青蛙肉小“牛排”，最终在2003年法国“无形的菜肴”艺术装置中把它端给前往看展的观众吃。

艺术家海瑟・杜威 – 海格伯格（Heather Dewey-Hagborg）利用源自切尔西·曼宁（Chelsea Manning）的DNA样本再造了多个不一样的“曼宁面孔”。3D打印制造的多个面罩最终组成了这件艺术装置，它被命名为“可能的切尔西”

最近，亚历桑德拉·黛西·金斯伯格（Alexandra Daisy Ginsberg）利用因人类而灭绝、古老的花的DNA重现了其气味，使我们能再次一饱“鼻”福。

今年夏天，伦敦博物馆的一些展品就不如花那么香了：名人做的奶酪。准确的说，制作奶酪用的细菌源自名人的腋窝、脚趾、肚脐，还有鼻孔，是不是超级恶心？没事儿，放心，不会让你吃的。这些食物是一个生物艺术项目，更多的意义体现为一种思想实验，而非晚餐。

从极端的角度想，生物黑客会从根本上改变人类本质，我们是否应该担心？

当我了解到有人将基因工程应用于自身或接受年轻血液灌注疗法，力图远离死亡时，有一种疑惑便油然而生：是什么让我们生而为人？

但事实上，自人类起源开始，人类的本质便不断改变。农业诞生后，人类一个重要的转变是从游牧、狩猎、采集式的生活转向定居式。不论我们如何定性日常生活中一些行为，无论我们是否认为它们与生物黑客有关系，其实我们现在每天都在做一些生物黑客式的事情。

对于生物黑客了解的越多，我越感觉上述许多的争议可以简单归因为新奇恐怖症（neophobia），也就是对新事物感到恐惧。但注意，我并不是说所有的争议都是如此，那些更激进的生物黑客行为是真的危险。

有关新奇恐怖症的推论，我的一个同事也表达了一些观点，40年前，试管婴儿被看做是非自然产物、一种畸形秀式的猎奇，但现在体外受精早已被主流坦然接受。生物黑客现在所经历的也是类似的历史重演吗？或者它真的是以一种更彻底的方式改变了人类本质，彻底到令人担忧？

当我就此问题询问卡尔森时，他不同意该问题的前提。“如果你认为生物黑客正在改变让我们成为人的本质，那么我们首先要对这一观点的前提达成共识，我们何以为人？”他说。“我不太同意这样一个观点：有一个事物或其他存在决定了我们是人类。统揽历史，人类都不可能是静止不变的存在，通俗的说，1500年的人类和今天的我们不可能一样。”

卡尔森说的没错。现在的我们活的更久、长得更高，我们的迁移能力更强，我们还可以和不同大洲、不同文化的人结婚生子，这些有悖于古老习俗的巨大转变与基因工程毫无关系，但其带来的基因变化确是实实在在地存在着。

但是，生物黑客正在探讨的是迅速显著的改变，同时也伴随着明显的风险。如果生物黑客所谓的“升级”并没有平均分配给全人类呢？如果抗衰老切实可行后却变成了富人特权该怎么办呢？这是否会导致尖锐的阶级间寿命分化，富人寿比南山，而穷人福轻命薄？

梅德韦迪克对上述担忧不以为然，他认为许多可以延长寿命的手段，比如饮食补充剂，成本都不会很高。“那些延长寿命的手段是肯定可以做到很便宜的，但这取决于我们这个社会的主观意愿。”他说。胰岛素成本低廉，但社会现状致使一些公司操纵并抬高了售价，导致许多糖尿病患者用不起药。类似的现象令人惊骇，但这并不是技术本身的错。

还有一个有关生物黑客的风险点，我觉得这一点可能更令人担忧：当我们将自身变得更聪明、更强者，甚至长生不死，与此同时，我们可能也创造出了另一个社会群体，里面的每个人即使不情愿，也都会承受改造自身的压力。那时，改造以优化自身唾手可得，而拒绝它就意味着将面临巨大的专业劣势或道德谴责。在一个“超人”时代，想要做一个“普通的”人类，也许只会越来越困难。

“所谓生物黑客的另一种说法就是‘完美种族’或优生学的幽灵再现，”乔根森坦承。“此类技术威力巨大，用途广泛，我们要审慎思考其本身，并且明智的使用它。”

翻译：季环路；审校：周一晴；编辑：曹安洁

“除了你脑壳里的几个立方厘米以外，没有东西是属于你自己的。” 这句话出自于乔治·奥威尔的反乌托邦小说《1984》。小说发表于1949年，书中的这句话是为了表现人物所处的高压监视状态——但以另一种角度来看，这也是一种幸运，至少他们的大脑还是私密的。

几周前，脸书公司和埃隆·马斯克的Neuralink分别宣告他们正在研发用来“读心”的技术。

马克·扎克伯格的公司投资脑机接口（BCIs）的研究，这项技术可以直接从你的神经元提取思想，并转换成文字。研究员们说他们已经开发出了一种可以实时从大脑活动中解码文字的算法。

马斯克的公司也已经发明了一种柔软的“线”，这种“线”在未来可以植入你的大脑，并使你能够用自己的思想来操控手机或电脑。马斯克打算在明年年底之前开始进行人体测试。

其他公司像Kernel、Emotiv和Neurosky也在进行脑机技术的开发。他们说，这些技术的出发点符合伦理，比如帮助瘫痪的病人控制设备。

这听起来像科幻小说一样，但它已经在改变人们的生活了。在过去的十几年里，很多瘫痪的病人已经接受了脑移植物，用来帮助他们移动计算机光标或控制机械手臂。能够读取思想的移植物距离投入商业化生产还需要若干年时间，但这一领域的研究速度已经比大部分人的预期要快了。

一些神经伦理学家说，我们需要修改现有的人权法，以避免这些技术被滥用。我们需要建立一种新的“心灵法学”（jurisprudence of the mind）来保护我们。很多我们基本的权利界限都会被这些技术所打破，甚至是那些太过平常而不像权利的方面，比如我们判定自己和机器边界的能力。但我们现有的法律并不足以解决这一问题。

可能需要进入法律的四项新权利

一些国家已经在考虑如何制定“神经权利”。在智利，将脑数据保护立为人权的两项法案将会在11月提交议会表决。在一定程度上，这归功于神经科学家拉斐尔·尤斯特（Rafael Yuste）的倡导。而欧洲经合组织（OCED）有望在今年发布一套新的管理脑数据使用的准则。

马塞洛·伊恩卡（Marcello Ienca）是推动这些新人权法案成立的其中一位。伊恩卡是一位神经伦理学家，也是苏黎世大学（欧洲最顶尖的科技大学之一）的一名研究员。他在2017年发表的一篇论文，概述了在神经技术时代，我们应该在法律中规定的四项具体权利。我向他询问对最近Facebook和Neualink披露消息的看法。

“我非常担心脑数据在消费者市场上的商业化。”他说，“我不是在谈论遥远的未来。现在已经出现了消费级神经技术，人们用他们的脑数据来换取私营公司的服务。”他提到神经游戏（通过大脑活动而非传统的控制器，来操纵游戏里的动作）和自我跟踪（self-tracking，即使用可穿戴设备来对睡眠等进行监测）。“我想称其为‘神经资本主义’（neurocapitalism）。”

脑机接口技术包括读取和写入两个系统。读取系统负责读取神经活动，通常借助于人工智能处理软件来解码说话的内容；写入系统向大脑输入新的内容，从而改变其运作方式。一些系统同时具备这两种功能。

我请伊恩卡对他说的四种权利作一些解释，并提供一个神经技术侵犯这一权利的具体事例。他想了一些可怕的情景，并且其中一部分已经在发生了。下面我们分析一下这些事例。

• 认知自由的权利

你应当有权自由地决定自己是否使用一项神经技术。

在中国，有些企业已经在利用一种扫描脑波的帽子从他们的职员大脑中获取信息，这种帽子可以检测职员的抑郁、焦虑、愤怒、疲惫等情绪*。“如果你的上司想让你头戴脑电扫描仪，来监测你的注意力水平，那很可能已经构成了对认知自由原则的侵犯。”伊恩卡说道。这是因为即使穿戴这样的设备不是强制的，你仍然会感到隐性压力而被迫选择这样做——否则你将会陷入到竞争劣势当中。

*译者注：作者援引的是《南华早报》对帝仪科技（Deayea Tech）的报道，原报道亦指出该技术可用来检测工人压力水平调整作息，同时表达了其可能被滥用的担忧。

他补充道，美国军方正在研发一种使士兵们更加服从命令的神经技术。这可能包括让他们在战场上减少共情，并且更加好战。而士兵们则可能要被迫接受这样的改造。

“由军方资助的，监测注意力水平下降的研究已经在进展中，这项研究利用混合脑电接口技术‘读取’到注意力水平的缺乏，并通过神经调制对大脑执行‘写入’，从而提高其警觉性。美国国防部高级研究计划局（DARPA）资助的项目正在进行这样的研究。”伊恩卡说道。

• 心灵隐私的权利

你应当有权选择隔离或共享你的脑数据。

伊恩卡强调说，神经技术对执法和政府监管会造成巨大的影响。他说：“如果脑读取设备可以读取人的思想内容，几年后政府就有可能将这种技术用在讯问和调查上。”

如果当局被授权在未经同意的情况下监听你的思想状态，那么美国宪法中所规定的沉默权和反对自证其罪的原则将会失去意义。

这种场景让人不禁让人想到科幻电影《少数派报告》。在电影里，一个叫做犯罪预防组织的特警部门会在凶手犯罪前确认并逮捕他们。

• 心灵完整的权利

你应当有权在身体上和精神上不受神经技术伤害。

具有“写入”功能的脑机接口可以导致一种新的洗脑形式——理论上，所有人都可以控制我们的思想：想要灌输信仰的宗教，试图镇压不同政见的政权，以及正在招募新兵的恐怖组织。

除此之外，Facebook和Neuralink正在研发的那种设备还可能会被黑客入侵。设想一下，如果在你使用这种设备的时候，有一个恶意的黑客拦截了你的蓝牙信号，并调整了进入你大脑的电流电压，从而使你变得更加抑郁或者顺从——那应该怎么办？

神经伦理学家将之称为大脑劫持（brainhacking）。“这仍然是假设，但这种概念已经被研究验证。”伊恩卡补充道，”而黑客并不需要精通十分复杂的技术来实现劫持。”

• 心理连续性的权利

你应当有权得到保护，以免在未经允许的情况下被篡改自我意识。

在一项研究中，一个患有癫痫病的妇女接受了脑机接口改造，并且产生了对机器强烈的共生感。她说：“它变成了我。” 这家为她植入脑机接口的公司后来倒闭了，她也被迫去除了这一设备。她哭了，说：“我失去了自我。”

伊恩卡说，这一事例表明，心理连续性不仅会被神经技术设备的植入所打断，也会受其移除的影响。他说：“在这种情况下，一家公司基本上就掌握了我们的自我意识。”

另一个对心理连续性的威胁来自于新兴的神经营销领域。广告商们设法探明大脑作出购买决定，和推动这些决定执行的机制。因为这种推动作用发生在意识层面以下，所以这些非侵入性的神经干预甚至可以在我们不知道的情况下发生。如果有一天，神经营销公司正在测试一种潜意识技术，很可能在第二天，你就会发现自己在不清楚原因的情况下，选择了产品A而不是产品B。

消费者权益组织已经对神经营销发出了警告。数字化民主中心的执行主任杰夫·切斯特（Jeff Chester）就已经说过，如果成人广告被有目的地设计，从而绕过我们的理性防线，使我们不能提前判断其真实性，这种广告就应该受到管控。

脑数据是隐私的终极庇护所

考虑到对神经资本主义的担忧，我问伊恩卡是否神经技术应该脱离私营公司的控制，而重新划分为公共产品。他回答说“是的”——既要防止公司遭受损害，又要防止它们只向富人们提供产品。

“一种风险是，这些技术只能被某些经济阶层获得，而这将会加剧现存的社会不平衡。” 他说，“我认为国家应该积极行动，确保这些技术被正确的人们使用。”

伊恩卡、欧洲经合组织、智利，很难说他们所倡导的神经权利能有效地控制住神经技术的风险。但鉴于这项技术发展如此之快，我们似乎确实需要新的法律来保护我们自己，并且现在也正是让专家们阐明我们权利的时候。然而立法者们却动作迟缓，如果我们等到Facebook或Neuralink等设备上市的时候，可能就已经太晚了。

伊恩卡警告说：“脑数据是隐私的终极庇护所。如果我们失去了它，我们也将失去所有。并且，一旦脑数据被大量地收集起来，这一进程就很难再逆转了。”

翻译：阿良；审校：顾金涛；编辑：酸酸

然而最近，一项发表在《科学-机器人学》的新研究指出，科学家们第一次成功地利用非侵入性脑成像技术，通过解码脑电波（EEG）数据，使六名健康的被试通过“意念”操控了机器手臂的运动。

早在2012年，临床医学研究组织BrainGate就曾帮助两名瘫痪病人用“意念”操控机器手臂，完成抓和握这两种动作。其中一名病人甚至操控机器手臂举起一瓶咖啡，送到自己嘴边，轻轻呷了一口。但是在当时的技术条件下，研究人员为了解码大脑中的运动指令，需要在病人的大脑运动皮层内植入一枚微电极阵列 。

除了少部分研究组织可以像BrainGate一样在病人身上开展研究之外，大量的侵入式脑机接口设备都是在恒河猴身上进行研究的。而且，在真正应用于病人身上之前，研究人员还要面临植入体生物相容性的问题。在植入皮层之后的几个月时间里，微电极阵列由于受到侵蚀，其信号质量就会严重下降。也就是说，如果一个病人想使用长期稳定的脑机接口机器手臂，他们需要面临着每几个月就要进行一次植入物替换的手术。

因此，这种要求开颅手术的侵入式技术，在很大程度上限制了脑机接口技术的进一步推广应用。

好在非侵入性技术已经有了新的突破。在不久前发表的研究中，卡内基梅隆大学贺斌教授的团队设计并证实了一种新的训练框架：连续追踪任务（continuous pursuit task）及相关训练范式，从而极大提升了非侵入性脑机接口的应用潜力。

新的训练范式

脑机接口技术的科幻感常常使人们忽略了训练过程的必要性与重要程度。就如同对于任何一种运动任务的学习都需要人们进行训练，在如何使用”意念“操控机器手臂上，人们也都需要大量的训练学习。

在此之前，人们使用的训练范式大多数都采用回合式设计（discrete trials）来操控电脑屏幕上的光标。每一回合里，被试需要通过意念来控制电脑光标在10秒内到达目标位置。而目标位置则是随机出现在八个固定位置之一。这样的设计虽然可以给负责解读运动指令的算法提供很好的训练数据，然而，这样的训练从各种角度来看，都与真实世界中的复杂场景相去甚远。

贺斌教授团队所开发的连续追踪任务训练范式，在很大程度上改变了以前训练范式面临的限制。

在这种新的训练范式下，被试不再面临每十秒一回合的时间限制，只需要在规定的训练时间内通过运动想象（motor imagery）连续地追踪一个随机移动的目标。这样的训练范式在与电源成像（Electrical Source Imaging）结合之后，更是让训练效果比之前的传统框架提升500%。

更使人振奋的是，研究人员还发现，这样的训练范式可以完成从模拟光标到机器手臂的无缝衔接。

也就是说，被试在完成电脑屏幕上追逐光标的虚拟训练之后，可以很好地将训练效果迁移到对机器手臂的操控上。这说明这样的训练范式有着极大的临床应用潜力，使很多暂时没有机会使用机器手臂进行长时间训练的病人得到训练的机会。而且，对于该领域的科研人员来说，他们往往受限于较小的病人群体，并不能获得足够多的数据样本来得出更具有说服力的结论。而这样非侵入式的训练范式，则在一定程度上解决了这样的困境，使数据的采集变得更简便、能进行采集的范畴也更广泛。

当然，在这项令人为之一振的研究中，作者们也指出了目前这项技术的一些局限性。比如说，当从光标训练转移到机器手臂训练时，有些被试的表现会有所下降。作者们猜想，这是因为机器手臂的存在本身就会造成一定的干扰性导致的。

机器手臂被安装在被试的身体右侧，而当目标出现在左侧，机器手臂为了去追踪这样的目标，就会横跨被试的视域，使被试面临更多的视觉干扰。这样的视觉干扰，可能会使被试不能很好地将注意力集中在追踪任务上，导致操控机器手臂的表现下降。

2006年，杜克大学的研究人员就曾在一篇文章中不无悲观地指出，目前文献中没有任何证据支持，基于EEG信号的非侵入式脑机接口设备能在未来近期取得重大突破。而在十三年后的今天，贺斌教授团队的研究成果成功地颠覆了当年的论断，标志着一个新时代的开始。

参考文献

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• Lebedev, M. A., & Nicolelis, M. A. (2006). Brain–machine interfaces: past, present and future. TRENDS in Neurosciences, 29(9), 536-546.
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科学家将大脑与机器连接，帮助瘫痪患者摆脱身体的局限。

18年来，珍·苏伊尔曼（Jan Scheuermann）脖子以下都处于瘫痪状态。她有一米八高，整天都要依靠充电的精巧轮椅——一半坐着，一半斜躺——帮助自己做全身移动。为了掌控轮椅，苏伊尔曼用下巴操纵一个把柄为软木塞材质的遥控杆。她可以用这种方式灵活移动，但她的高度以及椅子块头和重量还是限制了她。

如果与她通电话，根本听不出她是一个瘫患者。她声音轻柔，说话幽默，态度温和而优雅。当她说话时，有时会暂停吸气，这是她有意为之的必要之举，因为她的肺不能自发吸入充足的氧气，但听者不太容易留意到这一举动。通过光导纤维网络，她的话被转化为了看不见摸不着的数字信息，然后传到听者耳朵里。

我与苏伊尔曼的第一次联系是通过电话进行的。在得知她正参与一项神经科学实验，以便让她稍许摆脱瘫痪身体的限制后，我拨通了她位于匹兹堡家里的电话。苏伊尔曼是美国为数不多直接体验过脑机接口（brain-computer interface）的人。脑机接口是一种复杂的技术聚合体——像晶体管一样的皮层植入物、电线、算法解码器、机器人学，所有这些事物都处于早期发展阶段——被设计用于将大脑与机器融合起来。几十年来，将意识输入电脑的想法一直是网络极客而非生物科学家的美好梦想。（威廉·吉布森1984年出版的小说《神经漫游者》中的一个主角解释说：“我已进入虚拟世界，但我的身体不在里面。”）人类大脑是宇宙中已知的最复杂的事物，大脑所包含的电连接数量比宇宙星系数量还多。要想理解860亿神经元的行为，其科学难度堪比星际旅行。

苏伊尔曼并非生来就处于瘫痪状态。她在9个兄弟姊妹中排行老二，于上世纪六、七十年代成长于匹兹堡。孩童时期，她生活的区域像是一个完备而狭小的模拟世界：家庭、学校、教会，所有这些场所都只有几个城市街区之隔。她的父亲是面包师，礼拜天她会在父亲的甜甜圈店帮忙，而该店离她学校不远。她喜欢阅读推理小说，后来进入匹兹堡大学后，她开始学习纪实写作。毕业后，她创办了一家公司，名叫“致命事件”（Deadly Affairs），业务就是在客户家里演出神秘谋杀故事。客户穿着奇装异服，扮演她所写的角色，而她则扮演毫无头绪的侦查员，也就是讲述故事里稀里糊涂的侦探。她在创业过程中遇到了自己的丈夫，然后在1987年跟他搬到了加州。她在发展“致命事件”公司的同时，还参与了“幸运轮盘”（Wheel of Fortune）和其他电视游戏节目。1990年代初，她生了两个孩子，并开始创作新的剧本。一切可谓顺风顺水。

1996年，苏伊尔曼正在一个客户的客厅策划演出。突然，她感到双腿沉重而麻木。她马上想到了她父亲，57岁死于多发性硬化症，而这种病具有遗传倾向。那天晚上，苏伊尔曼没有为这事感到过于紧张，她对自己说，这不过是疲劳引起的。只要休息好了，这种感觉就会消失。然而很快，这种感觉再次出现在了她身上，并且扩展到了其他部位。她的医生排除了多发性硬化症，但也没能给出明确的诊断，而医疗上的这种不确定感通常会让病人感到焦虑。苏伊尔曼开始使用拐杖，然后是轮椅。1998年，出于对死亡的恐惧，她举家迁回了匹兹堡，好让她的亲属可以帮她照顾孩子。

在自己的家乡，苏伊尔曼的生活起了变化。那里的医生确诊她得了脊髓小脑退化症，一种罕见病，它会破坏大脑与脊柱之间的联系，尽管没有治愈该病的良方，但确诊本身还是给了她某种安慰。她服用了百忧解，缓解病痛带来的抑郁症。在孩子离家读大学之后，苏伊尔曼感到了一种深深的空虚，但由于得到药物和朋友们的帮助，她重新开始工作，并写了一本幽默侦探小说《黄瓜般敏锐》（Sharp as a Cucumber: A Brenda LaVoom Mystery）。

到了2011年10月，朋友发给了她一段年轻人录制的YouTube视频，视频里这个人叫蒂姆·赫姆斯（Tim Hemmes），他是在一次摩托车车祸中瘫痪的。视频记录了他与匹兹堡大学研究员的合作，而该研究项目属于美国军方一项史无前例的科学计划——用超过1亿美元预算来开发一种精巧的义肢，人类大脑可以直接控制这种义肢。被置于晶片中的微传感器，通过手术植入赫姆斯的头盖骨和大脑之间，让他能够操控机械手臂，这甚至让他多年来第一次握住了女友的手。

蒂姆·赫姆斯与匹兹堡大学的研究员合作，通过大脑成功控制机械手臂。图片来源：UPMC/YouTube

在这段视频的最后，他对着摄像头说，“我相信这代表了未来技术。任何有勇气、有需求的人都应该尝试一下，你应该为了高品质的生活而努力！”赫姆斯参与的项目还只是处于初试阶段，正在思考下一步实验的研究员需要招募新受试者。看完视频，苏伊尔曼当即就表示要参与到实验中。“我非常渴望加入其中，”她告诉我，“我只有一个目标：用我的意念控制机械手臂！”

人类是运动的生物。对我们每个人来说，由意识所产生的身体行为就蕴藏在细胞载体中，而细胞组成了骨骼和血液、皮肤和脂肪，并且这种身体行为又受到肌肉的驱使——正如沃尔特·惠特曼所说，身体“就是精巧的肌腱和神经。”心肌和无数的内脏平滑肌自动在身体里运转——而身体内的肌肉是看不见的生命引擎。它们由数百个骨骼肌构成，使得人类能跑马拉松、弹奏乐器、写作、演讲。

心智如何驱使身体移动，是让安德鲁·施瓦茨（Andrew Schwartz）着迷的难题。他是匹兹堡大学的神经科学家，在这个领域已经研究了超过三十年。尽管人们相信，心智与身体之间最基本的联系在今天应该有答案了，但神经元放电如何引发一系列事件，比如说，一拳打在鼻子上，仍是颇有争议的科学研究主题。

在这一颇有争议的主题中，施瓦茨属于积极的拥护者，并且也是神经义肢领域的领军人物，他的研究目的主要是帮助赫姆斯移动机械手臂。从上世纪90年代以来，他一直在与一小群科学家竞争，试图以最快速度开发出一种能绕开身体，并且能够将原始心智行为转化为机械运动的系统。这是很纯粹的科研领域，通常也很引人注目，但有时又令科学家感到痛苦。在这样的环境中，施瓦茨很少主动去获取外界的关注。但他渐进式的研究方法已经颇有成就，为他赢得了严谨研究员的声誉，能在生物工程学和神经科学两个领域赢得这一声誉，他为自己感到满意。赫姆斯的视频是智识追求的结晶，展现了施瓦茨个人在脑科学领域的探索之旅，努力打造世界上最先进的仿生机械手臂，而他的这些研究项目得到了联邦政府中最异类机构的支持：美国国防高级研究计划局（DARPA）。

施瓦茨成长于明尼阿波利斯郊外，他身体结实，肤色红润，是骑行爱好者。他一贯低调，但却有着固执的科学观，而这些观念通常会溢于言表。“运动非常美丽，我希望重塑这样的美丽，”他曾经对我说。“当工程师说，‘好吧，真见鬼，你只能用钳子和磁体举起东西并传送它’，我会说，‘是的，但那不是我想要的方式！’当我们运动时，有一种非常有效、简洁、优雅的方式来做到这一点。”

1975年，当施瓦茨还是明尼苏达大学的二年级学生时，他就开始从事他一生的事业了。他说服了一位神经生理学家借给他实验场地，用于测试他的一个想法，而这个想法有可能会治愈脊椎损伤。最后他的实验没能达到治愈的效果，但却让他接触到了一群致力于用数学公式定义运动中身体的研究人员——就像艾萨克·牛顿对无生命之物的那种研究方式。这些研究人员把他们的研究领域称为心理物理学。因为他们的研究对象是人类行为，物理学通常无法解答生物学上的难题。比如，为什么在空中比划出数字8的人，绝不可能在空中同一平面划出8的两个圆圈，尽管在你看来它们肯定位于同一个平面？作为该领域的研究前辈之一，R.S.伍德沃斯（R.S.Woodworth）在1899年写道，“有人可能会质疑，我的工作究竟属于心理学还是生理学。就像感知一样，自主运动毫无疑问属于心理学和生理学的跨界领域。”

这一跨界领域让施瓦茨着迷。他阅读了伍德沃斯的论文，查阅了从伍德沃斯到1950年效力于赖特-帕特森空军基地的心理学家保罗·费茨（Paul Fitts），他们所有的文献。在试图为驾驶舱做出最优化的设计时，费茨发现，驾驶员的胳膊接触工具或者接触控制面板按钮的方式可以很精确地用数学公式来描述，而该公式考虑了接触对象的大小和距离。人们现在已经知道，费茨的公式似乎揭示了身体运转机制背后的数学秩序。“这正是让我着迷的地方，”施瓦茨告诉我。他相信，人类胳膊呈现出简洁、力量、精巧和优雅的特点，而这些都是进化的奇迹，是人类具备体验的基本构件。然而，导致胳膊运动的认知机制至今仍是未解之谜，他把这一机制称为“终极控制问题”。

施瓦茨决定留在明尼苏达大学，继续攻读神经生理学博士学位。他提出用猴子来研究胳膊运动，但大学无法为他提供猴子作为实验对象，于是他转而研究猫是如何从外界对自己的运动干扰中挣脱出来的——他冷漠地说道，“把猫绊倒”。由于几乎没有任何资助，他四处讨要研究经费。“基本上，他们会说，‘给你55美元吧，’”他回忆道。“我只能用老旧的设备，再将其翻新。”当他需要为猫找一台跑步机时，他用的是手摇带式磨砂机。经验教会他该如何建造自己的工具，如何用动物做实验，如何思考科学问题，但这些都干扰了他对胳膊运动机制的研究。1983年，他拿到了博士学位，一位导师问他是否考虑过从事博士后研究，他可以把他推荐给约翰·霍普金斯大学的一位神经科学家，阿波斯托洛斯·乔格普洛斯（Apostolos Georgopoulos）。

一年前，乔格普洛斯刚发表了一篇论文，就大脑如何控制身体提出了一个激进的新观点。这得花上好些年才能通过研究证实他的观点是否正确。但施瓦茨对此非常感兴趣。乔格普洛斯的洞见几乎涉及人类行为的所有方面。我们的自我感知、我们对他人的感知，以及我们形成观念的方式通常是由我们的运动方式塑造的，并且通过这种方式，我们还能预测他人的运动。如果乔格普洛斯在解决运动机制方面已经迈出了一步，那么他接下来又会怎么做呢？在与乔格普洛斯会面后，施瓦茨表达了加入他的实验室的想法，希望帮助他推进他的科学革命。

在施瓦茨准备从事博士后研究那个时期，研究自主运动的神经科学仍处于早期阶段。运动皮质——与运动直接相关的大脑皮层部分——于一个世纪之前的1870年被发现，当时，在柏林的两个研究人员刺激了栓在梳妆台旁狗的大脑，结果引发了狗的肌肉抽搐。大脑中的响应区域从大脑顶部中间位置一直蔓延到两侧耳部，形状就像是头带的两半。在20世纪早期，研究人员通常会刺激被麻醉动物的运动皮质，发现它包含了不同的区域，这些区域会对不同的肌肉群做出响应。需要极大灵敏性的身体部位，比如双手，就比那些不需要多大灵敏性的身体部位拥有面积更大的皮质区域。到了60年代，科学家们才知道如何用机敏的灵长类动物来研究运动皮质，随着它们身体的运动，观察它们的运动皮质发生了哪些变化。

在施瓦茨读大学期间，当时的主流观点是，运动皮质的工作状态就像是工程师，能够计算移动关节和让肌肉收缩所需要的力度。乔格普洛斯则认为，运动皮质主要关注的是它本身与人类在空间中运动的几何关系。在他看来，这很像一名空管员，绘制出四肢的运动路径，同时让神经系统的其他部分对肌肉发出指令。

他已经通过训练猴子在桌面上移动胳膊，描绘出了类似于辐条状的模型，从而得出了这一结论。在观察这些运动的同时，他还跟踪运动皮质中的神经元丛，并注意到，每个细胞似乎都“习惯于”倾向某个单一方向，就像是它有一个内部的指南针一样。神经元习惯于朝向正北，或者说，当胳膊准备向北移动时，神经元会以最活跃的状态放电。如果胳膊向西北移动，神经元仍会放电，但强度要低30%。这种活跃度的下降在数学上是可预测的，这让乔格普洛斯可以解码细胞的行为。单一神经元放电并不总是能预测移动方向。但几百个神经元一起放电就能提供一个可靠的信号，从该信号中他可以得到一个矢量，用于描绘胳膊将往哪里移动。在身体移动之前几毫秒细胞就表达了这一信息。也许，乔格普洛斯想，他窥见了大脑的工作机制，就好像看到了大脑正在思考自己的想法。

相信乔格普洛斯的理论，有可能会让施瓦茨的职业生涯冒极大的风险，但他发现这项研究很严谨，也很有趣，于是他希望把它往前再推一步。1984年，他娶了自己的同事丽莎·施洛普夫（Lisa Schroepfer），然后举家搬到了马里兰州。丽莎在约翰·霍普金斯大学找到了一份工作，撰写医疗新闻，而施瓦茨则投身于实验室研究。乔格普洛斯的实验已经表明，神经的方向性调节具有两个维度，下一步就是要测试该习惯是否适用于三维空间。于是，施瓦茨准备用猴子来做实验，将其放在一个大的球体中，让猴子去触碰安装在球体周边的目标物。

这项实验非常辛苦，并且会冒很大的手术风险。首先，要去掉猴子头盖骨的一部分，然后施瓦茨得仔细插入一个由玻璃封装的电极到大脑里，当猴子移动胳膊时，该电极可以记录信息。由于几微米的距离就意味着信号和噪音的区别，他不得不在放入电极的时候使用电子示波器。“这有点像是呆在潜水艇里，使用声呐去发现外面发生了什么，”施瓦茨告诉我。“你身处的是另一个世界。”他的探测只能一次性记录一个或两个神经元放电。在看了测量数据后，他找了另外的细胞，将这一探测过程重复了几百次，而猴子的表现每次都是相同的。随后，他将实验中的数据整合在一起，以便搞清楚神经元是如何协同工作的。在做了几个月的实验之后，他发现该模型在三维空间也同样适用。该研究论文成了《科学》杂志的封面文章。

对施瓦茨而言，论文发表只是一种学术胜利，但其他神经科学家对他的观点抱有强烈怀疑态度。“我开始找新的工作，发表演讲，然后听众会说，‘这绝对是错误的观点！因为我们都知道，运动皮质与肌肉运动有关。’”1987年，施瓦茨在巴罗神经研究所（Barrow Neurological Institute）谋得了一份工作，这是一家新成立的小型研究所，位于亚利桑那的凤凰城。可以说，它应该是离美国神经科学中心最远的地方了，但施瓦茨还是被那里修道院式的风格所吸引。他和妻子搬到了可以俯瞰巴罗公园停车场的公寓。“那里有110华氏度（相当于43摄氏度），”他告诉我。“站在停车场你的脚会被煮熟。每天我走路去实验室，然后晚上才回家吃晚饭，晚饭后又走回实验室工作。”

施瓦茨确信，乔格普洛斯的理论可以得到进一步发展。他在约翰·霍普金斯大学所做的实验只局限在了描绘胳膊的直线运动。为了理解当胳膊做曲线和复杂运动时大脑的认知过程，他有必要知道大脑每时每刻是如何运作的——它是如何在中途做出及时修正的，不仅仅是方向上，还包括速度上的修正。

网球女运动员大威廉姆斯的反手击球；毕加索画的突兀直线；士兵向高级军官敬礼；老妇人给她的孙女写信。运动中的身体描绘出抛物线、双纽线、三叉戟曲线、潘索（Poinsot）螺旋和没有相应数学名称的轨道线，运动中的身体总归是由速度和方向的结合来定义的。

如果不考虑物体的速度，就不可能计算出物体运动的轨迹。画个圆圈试试。你要么往上画得太快，要么往侧面画得太快——并且如果你还不修正因速度加快所造成的方向偏移——你最终就会画出一个椭圆。速度可以改变弧度。

施瓦茨希望能设计出一个公式来表示大脑的运动皮质是如何解码速度的，为此，他训练猴子在自动取款机的触摸屏上画曲线图。（后来，他自己建造了一个触摸屏。）在数万次实验过程中，他探索了很多可能性，发现呈现在他面前的结果都是一样的：有方向倾向的同一个神经元也具有速度倾向。诸多神经元只产生一个简单的信号——它们放电或者不放电——然而同时，它们还能表达更多的信息。“这真是让我感到惊讶，”施瓦茨告诉我。1992年，他开始发表记录了他实验过程的多篇论文。有一篇包含了一对精致的图表：轨道线展示了一只猴子的手指做螺旋运动与它的运动皮质所产生轨迹的叠加状态。这两条弧线——一条来自大脑，一条来自身体——实际上是相同的。

在施瓦茨发表论文后不久，他接到了美国国立卫生研究院（NIH）官员的电话，对方看了他的论文，简直不敢相信两条弧线是相同的。多年来，NIH一直试图研究大脑植入，以帮助那些受伤或者患病的人恢复失去的运动能力。在看了施瓦茨的研究结论后，那名官员想知道这些成果如何用到医疗设备上。施瓦茨认为，它们可以被用于控制机械手臂，从而帮助瘫痪患者恢复自理能力。“他说，‘你认为你可以用这些成果打造义肢吗？’”施瓦茨回忆道。“我说，‘当然’。”

这通电话让施瓦茨走上了新的学术道路，朝着生物工程前沿进军。他为设立一个大型实验室筹集到了资金，该实验室位于亚利桑那州立大学，是最早专注于研究如何将机器人学与大脑直接整合起来的实验室之一。他招募了一些工程师，这些工程师毫不在意与运动皮质相关的科学争议。他们支持施瓦茨的研究，并认为这一生物工程技术将改变人们的生活。这些工程师对该项目的热情令施瓦茨动容。“它能让人实现自由，”他告诉我。

施瓦茨做研究的老式方法——用单一电极探测裸露的大脑——必须得变一变了。与人共处的植入物必须能够同时记录大量的神经元数据，并且能在不打开头盖骨的情况下将这些数据传输出来。NIH在开发这项技术方面迈出了一大步，但工程上的难度仍然很大。大脑太过拥挤、潮湿、随时变化、充满盐分，并且还是大细胞的聚集地，这些细胞很容易将异物包裹在疤痕组织中。皮质中的传感器还必须设计成像是一台能在迷雾环绕的丛林星球中探路的机器人。与此同时，植入大脑的设备还有可能对其他器官组织带来危害。生物工程师们提出的一个解决办法就是设计很多根微电线，它们能一次性读取12个神经元的信息，另一种办法就是设计一系列微电极组——将其镶嵌在一块像是玩偶发刷的方形材料上，这可以让微电极组更好地贴在大脑内部凹凸不平的皮层上。

在与NIH合作过程中，施瓦茨得以接触大量不同领域的研究人员，这些人将神经植入问题视作像是计算桥梁承重极限的算术问题。每年一次，大约200名研究人员会聚集在马里兰贝塞斯达（Bethesda）的NIH主图书馆，探讨他们各自领域中坚持不懈想要解决的难题。“有个家伙将不同的电极和连接器浸泡在热气腾腾的盐水中长达数年，然后他将为我们报告事情进展如何，”施瓦茨回忆说。耳蜗移植领域的领军人物也参与了研讨会，其他研究人员则试图打造义眼。施瓦茨的研究项目属于参与人数最少的项目之一，专注于研究运动皮质。

为了有更好的展示效果，施瓦茨必须要搞到一台拟人化的机械手臂。“头疼之处在于，”他告诉我，“没人能制造出机械手臂。”他的团队满世界去找制造商——甚至给为迪斯尼乐园制造了亚伯拉罕·林肯机械塑像的公司打了电话。施瓦茨却获悉，自己想要打造的机械手臂需要由冰箱大小的压缩机提供电能，每台压缩机得花费20万美元。团队一直在寻找制造商。最终，团队找到了一台实用设备，它被称为“零斑马”（Zebra Zero）。为了将它连接到猴子的运动皮层，施瓦茨植入了微电线，其中带有很薄的金属卷须，该卷须在植入大脑的过程中必须要非常小心。“整个过程要花20分钟，”他说。“当你做植入时，大脑会褶皱起来，所以你不可能知道植入物进入了哪里——但随着时间推移，褶皱起来的大脑又会松开。”在1999年的年会上，施瓦茨播放了他的最新研究进展：一只做了植入手术的猴子按下按钮，在另一个房间的“零斑马”也按下了按钮，大致模仿了猴子的胳膊运动。

随着硬件质量的改进，大脑控制机器人的做法被用于人身上的前景变得越来越光明，于是这一领域的竞争也变得更激烈。布朗大学的团队筹集了大量风险资本，准备去拿美国食品药物管理局（FDA）对新设备的批文：该设备由96个微电极组成，被称为“犹他电极组”。据称，将这种设备植入人体大脑的运动皮质同样有效。布朗大学团队希望用它将瘫痪患者与电脑连接起来。

2002年，施瓦茨搬到了匹兹堡大学。学校告知他，只要他决定推进临床实验，学校就给予他支持。在两年内，他凭借一己之力设立了自己的灵长类动物实验室。他并不试图打败布朗大学团队，但他还是取得了显著进展，获得了意料之外的突破。DARPA已经决定启动历史上最具野心的研究项目：让人类操纵由大脑控制的机器人。该机构很想知道施瓦茨是否有兴趣加入该项目，施瓦茨愿意为军队服务吗？

DARPA创立于1958年，苏联人造卫星发射震惊了当时美国的官方科研机构。带着预测并研究前沿技术的使命，该机构花了将近60年时间去资助那些看似不靠谱的项目。在60年间里，DARPA为互联网技术建立了基础。随后，它又帮助开发了语音翻译软件、GPS导航和飞机可视雷达。它一直想开发出用原子弹来推进的宇宙飞船，但没有获得成功。施瓦茨告诉我，“DARPA就是想实现科幻小说中的场景。”

从创建之初，DARPA就想搞清楚电脑能否与大脑有更紧密的连接。然而，该机构对在皮质中植入电子设备的兴趣还是在NIH宣布该技术足够成熟之后才变得浓厚起来。2002年，该机构创建了一个项目，名叫“大脑-机器接口”（Brain-Machine Interfaces）。该项目为开发能植入士兵大脑、增强他们认知能力的设备奠定了科学基础。“在国防体系中，士兵总是最脆弱的环节，”该机构注意到了这一点，并希望人体的生物特性能得到升级。一位在该机构研讨会上发言的DARPA官员鼓励与会者把士兵想象成是自带测谎仪的人，或者说，他们能够在电脑提供的心灵感应技术下进行沟通。

到了2003年，DARPA在“大脑-机器接口”项目上耗费了数百万美元。但在后911的政治氛围中——由于DARPA参与了很有争议的居民监控计划，并且阿富汗和伊拉克也出现了国内冲突——该机构的管理层试图重新定义该项目的目标。DARPA的“国防科学办公室”领导当时告诉我，“我们对能够用大脑移动事物很感兴趣，而且这项技术看起来不会让某些人过于兴奋，用来驾驶飞机。”美国正处于对外战争中，很多士兵从前线返乡时失去了胳膊，他们需要用新的技术来取代钩状假肢——这种假肢在美国内战期间就开始使用了。DARPA有理由相信，他们投资于大脑-机器技术的宗旨应该放在让四肢受伤的士兵恢复运动能力上，而不是让士兵成为超级战士。“老实说，实现这一目标要容易得多，”那位官员表示。“有些人说，‘为什么你们不把所有钱都花在这项技术以及拓展其应用范围上，’这可是一箭双雕的事情啊。你们有什么理由不这么做？”DARPA安排该项目总监去参观了沃尔特·里德陆军医疗中心，见到了那些失去四肢的士兵。被这些士兵的故事所感动，项目总监承诺为新的项目增加100万美元投入，新项目名叫“革新义肢”。

2005年，施瓦茨来到马里兰一家酒店参加介绍会，他要在此了解DARPA新的研究计划。会议由杰弗里·林（Geoffrey Ling）将军主持，他是一位驻军神经学家，曾在阿富汗做过很多截肢手术，其中大部分手术对象是孩子。DARPA在得知他正在研究像《星际迷航》中那种不需要手术就可以通过扫描获悉身体内部器官状态的设备后，就将他招致麾下。在会上，林身着青蓝色的军服，充满热情地陈述着重建士兵受伤身体的科研使命，他是一位激动的演讲者，一边不停地使用着肢体语言，一边在讲台上走来走去，而坐在他面前的科学家和工程师则吃着点心。

在4个小时的时间里，林解释说，DARPA希望机械手臂的功能可以做到与真胳膊一样。它必须与真胳膊一样重，一样强壮，运行起来也跟真胳膊一样安静。它必须可以模块化，因为所有截了肢的人失去的四肢位置各有不同，这意味着电池不可能安装在设备的某个固定处。简而言之，该机构希望能研发出迄今最先进的机械手臂。与此同时，DARPA愿意资助最激进的神经科学项目，从而让人体也可以使用“神经控制”来移动四肢。正如林将军在会后所说，“我们希望我们的士兵能弹奏钢琴，而不只是能用筷子，还能弹奏古典音乐，比如勃拉姆斯的乐曲。”为了实现这些目标，他准备从全国多家机构召集数百名研究人员。

施瓦茨告诉我，很多研究人员对此抱有怀疑态度，“对我而言，我就像是来自明尼苏达的理想主义者，‘好吧，给我资金，我会把它搞出来的！’”他提交了报告，林将军竟决定动用“应用物理学实验室”（APL），该实验室是政府研发项目的总承包商，位于约翰·霍普金斯大学。尽管APL几乎没有神经科学方面的研发经验，但它在二战后曾经设计过宇宙飞船，测试过导弹。林相信，他需要一个在大型工程项目上具有专业经验的总承包商。在他看来，APL从事生物工程研究跟从事登月研究一样，没有本质区别。

不过，施瓦茨仍是受益者。林单独给他的基础研发提供了资金，并对他解释说，“你是我的王牌研究员。”在得到这份大合同后，施瓦茨开始用猴子做新的实验，希望它们能用大脑控制的机械手臂帮助自己进食。一年之内，他就实现了相当逼真的效果。研究员手里拿着棉花糖，猴子用机械手臂去抓它，把它送进嘴里，吃掉了它。一天下午，施瓦茨给我看了视频录像。在吃掉棉花糖后，猴子将胳膊从嘴里移开，伸手去抓新的棉花糖，然后它的胳膊先是停了下来，最后又收了回来，舔了舔刚才剩下的残渣。猴子这一本能式的决策行为表明，大脑和机器融合顺畅。“我们把这一行为称为具身表现，”他告诉我，“我们每天都能看到猴子的类似表现，这真是太棒了！”

2011年，一位DARPA代表来考察施瓦茨的研究进展，考察结束后，代表无意间问道，“嘿，你们这些家伙有兴趣从事人体实验吗？”尽管APL在开发机械手臂方面取得了巨大进展，但它在大脑控制系统领域仍然停滞不前，所以施瓦茨被召集来与匹兹堡大学医疗中心的团队一起来做这件事。最终，他加入了这项研究。

一台新的APL机械手臂——价值将近100万美元的机器人——被运到了匹兹堡。没有哪所大学曾经研发出过这玩意儿。它由碳复合材料组成，在关节处用了经过打磨的铝制材料，看起来就像是《终结者》中的道具。它的大小基于一米五高的人设计。尽管它只有4千克重，但它可以卷曲45圈，它的手指在抓住物品时能承受卷曲45圈所产生压力的50%。总体来讲，从肩膀到手指尖，人体胳膊的关节处可以做出三十种离散运动（discrete motions）——每一种被称为一个“自由度”。这个新胳膊拥有史无前例的26个自由度，其中包括了拇指的功能——从本质上讲，拇指应该算是单独的机械物，然后被安装到手上。迈克·麦克洛克林（Mike McLoughlin）在APL参观了“革新义肢”项目后，告诉我，“如果你跟APL的研究员交谈，他们会告诉你，这个项目比我们制造宇宙飞船还复杂。”

施瓦茨那时还只是临时性地参与人体实验。在把蒂姆·赫姆斯当做实验对象时，他从运动皮质那里获取数据依靠的是两张邮票大小的可折叠晶片——它有点像是脑电图仪（EEG），只不过装在了脑壳里。（为了尽可能少地打开赫姆斯的头盖骨，晶片上的电线要穿过脖子，从胸口穿出来。）该设备只能读取神经元的一般信息，经过30天的实验，赫姆斯只做到了3个自由度。但这足以移动机械手臂上的一些关节了，所以当APL的设备到位，在研究接近尾声的时候，匹兹堡的研究人员让赫姆斯一次性装上了该设备。赫姆斯不能控制机械手臂的手或手指，但他可以使用胳膊抚摸自己的女友——他已经多年没有用手抚摸过女友了。站在他面前，女友抓住了碳复合材料。她眼眶湿润，用另一只手按着自己的心脏部位，温柔地对他说，“亲爱的。”

匹兹堡的团队将这段视频发给了DARPA。当时的机构主任雷吉纳·杜甘（Regina Dugan）告诉我，当视频发过来后，她和她的副手冲到杰弗里·林的办公桌一起观看。“我们彼此看着对方，”她说。“我记得当时周围一片寂静，我们每个人的眼里都含着泪水，我们知道有大事发生了。”更重要的是，这一令人动容的时刻意味着该项目还有巨大潜力。施瓦茨还没有在人脑上使用“犹他电极组”，这一设备肯定能产生更好的效果。“我总是说，‘哪怕给我一个脑中只有100个电极的人，我也能把这事干成，’”他告诉我。然后，苏伊尔曼的电话打来了，她很想成为新的实验对象。

她一直保守着想成为实验对象的秘密，甚至连丈夫都不知道，她担心丈夫会试图阻止她去做这事。丈夫是位严谨的工程师，曾经在美国硼砂公司（Borax）工作。当他晚上回到家，苏伊尔曼什么都没说，哪怕她心里对这事越来越坚定。作为四肢瘫痪患者，她非常热爱生活，只是她的身体状况对她最大的限制在于，她很难去帮助别人。她能感受到周围每个人——在教堂，在家里——对她的关照。现在有了机会，她可以成为科学实验的对象，帮助推动科学事业。

那天晚上，苏伊尔曼想看电影，但正如她后来在没有发表的回忆录上所写道，“我的生活就像一只实验鼠，”她对此感到非常兴奋。“多年来，我一直梦想着睡醒之后突然能活动起来——离开我的轮椅，正常行走；上楼去拥抱我的丈夫和我的两个孩子；为自己梳妆打扮，能自己吃饭，能自己洗澡；能为我的家人做早餐；能跳舞，能奔跑，能感受到风吹起我的长发！”她写道。“现在，我有了一个新梦想，而它实现的可能性更大。我想象着移动我的机械手臂，我不太确信我能用它做什么，但我确信我能做蒂姆已经做到的事情——我可以用它触摸我丈夫的手，温柔地抚摸我孩子的面颊。我要想象这些场景好几个小时才能安然入睡。”

几天后，匹兹堡大学的代表打电话给她，说研究员需要评估她的情况才能决定她是否适合成为实验对象。此后不久，她与詹妮弗·克林格尔（Jennifer Collinger）碰了个面，后者是匹兹堡医学院副教授，她也参与了这项研究。苏伊尔曼得知这项实验的风险会比赫姆斯的实验更大：设备会穿过她的大脑，并且硬件会从大脑中伸出来。“他们说，‘你知道这需要你自愿接受做脑部手术吗？’”她告诉我。“我说，‘是的，这不是问题，我的目标是要移动那个机械手臂！”他们说，‘好吧，这两个支架会伸出你的大脑大约两厘米，并且它们会一直在那里，直到我们将它们取出。”我说，‘好吧，没问题。我想要用我的意念移动机械手臂！’”

团队解释说，他们希望这个机械手臂能实现7个自由度——这是施瓦茨给DARPA许下的目标。“然后，他们问我是否有自己的个人目标，”苏伊尔曼回忆说。“我感觉他们希望我说，我想要抚摸我的孩子或丈夫。我说，‘是的，我有自己的目标，我想要自己吃巧克力’——我以为他们会笑起来，但他们没有笑。他们只是彼此看了一眼，然后说，‘是的，我们应该可以帮你做到这一点。’所以，我开玩笑说的一句话就成了他们的研究目标。”

那天晚上，她让丈夫观看她电脑上的赫姆斯视频。看完之后，丈夫建议她申请参与实验。她小心翼翼地告诉他，她已经申请了。让她感到宽慰的是，丈夫非常兴奋，细数了她具备成为优秀实验对象的各种条件。接下来几天，苏伊尔曼接受了脑部核磁共振检查，以了解四肢瘫痪十年后她的运动皮质是否还能正常运作。（令人惊讶的是，还能。）研究人员还将EEG传感器固定在了她的头皮上。当他们监测她的大脑时，她发现她能够大致移动屏幕上的光标。

施瓦茨只是在初期面试时与苏伊尔曼做了简短的交流。“革新义肢”项目涉及一大帮团队，包括博士后、神经手术医生和辅助技术专家。他已经快要实现他的事业长期目标了，但他还不得不思考很多细节问题。“想想如果要实现登月，”他告诉我，“你和团队这帮人一定会为研发进度和技术问题而感到焦虑。你更关注细节，关注每个细节如何做到无缝衔接。”从动物实验转向人体实验会面临很多未知情况——从新设备和更复杂的手术，到刚加入团队经验缺乏的研究人员。他说，“我们无法保证，我们能在人体身上做到已经在动物身上做到的事情。”

2012年2月，经过数月准备，苏伊尔曼被送入了医院手术室，准备接受手术。“有些人来迎接我，我敢确信，在他们的口罩背后隐藏着他们的笑容，”她后来回忆说。“但我看不到他们的笑容，我只能看到明亮的光线，穿着长袍、带着口罩的人，以及很多医疗设备。即将发生之事的那种庄严感最终还是让我感到了畏惧。”

“犹他电极组”的成功植入需要相当的精准度。手术前，研究人员用激光为苏伊尔曼的大脑做了三维扫描，标注了手术位置，削掉了她的部分头皮。神经手术专家——伊丽莎白·泰勒-卡巴拉（Elizabeth Tyler-Kabara），曾经为施瓦茨的动物做过手术——修剪了一片头皮。她开始用手术钻对头骨进行切削，头骨碎片堆积起来，就像雪球一样。

当手术打开了苏伊尔曼的头盖骨，“犹他电极组”还放在旁边的托盘里。这些电极组是正方形的，边长为4毫米——不会比这篇文章中“W”字母的宽度更宽——它们由硅片制作而成，经过切薄、化学处理，然后在酸液中蚀刻，直到其表面仿若极小的指甲盖。每个植入的方块都是随着支架被运到匹兹堡的，而这些支架是由钛金属制作的：它们作为栓塞孔将安装在苏伊尔曼的头上。这些方块由96根金色电线绑定在一起，每根金色电线连接一个电极。

泰勒·卡巴拉将一个有意做了弯曲处理的支架放进了头盖骨，同时把涂上了蜜蜡的电极组贴在了苏伊尔曼的头皮上，电极线悬空吊着。一旦支架安装好，卡巴拉就让可以穿过大脑的微电极组正面朝向裸露的皮质。如果用手去操作，有可能会破坏脑组织或者贴错位置，因此用弹道式方式进入是很有必要的。形状像魔法棒一样的气动注射器精确对准植入物。随着用力推送，注射器会以每小时40公里的速度将电极组射进大脑。而推送的时机必须要结合苏伊尔曼的呼吸节奏，因为每次呼吸，她的大脑都会有起伏，而电极组会漂浮在她大脑流动的脊髓液中，当运动皮质上升到最高位置时植入才会取得成功。

泰勒-卡巴拉让“革新义肢”团队中一位匹兹堡大学研究员来推注射器按钮。每个人都屏住了呼吸，观察苏伊尔曼大脑运动的节奏。然后，突然，注射就完成了。注射阀门开合的声音弥漫在手术室，伴随着注射器压缩空气的声音，以及无意识、像闪电般迅疾的呼吸声，所有的一切都在金属发出的叮当声中达到了高潮。96个电极很快就注射到了指定位置，就像是足球黏在了柔软的草坪上。

在植入第二组微电极后，苏伊尔曼被切掉的头盖骨回到了原位，尽管还是留下一个斜切的细口子，好让电线穿过支架。耷拉着的头皮被缝回原位，然后卡巴拉小心翼翼地剃掉了她一些头发，并留下足够多的头发，以便稍微遮挡一下铝制植入物。由于在实验期间，支架会占据敞开的伤口位置，医生需要经常使用抗生素，以降低潜在的致命性脑感染风险。

苏伊尔曼在恢复室中醒来的那一刻，感到一阵使人虚弱的头疼。“我痛，我痛，”她叫唤着，然后她责怪她的家人放任她做这场不必要的手术。医生给她用了止痛剂，她睡着了。第二天早晨，疼痛减弱了，她要来一个手持镜子，想看看自己的样子。头顶上有两个支架突了出来：就像弗兰肯斯坦怪兽的圆柱形突触，每个突触的直径有0.6厘米长，突触被遮盖起来，以防止湿气进入啮合点。苏伊尔曼决定接受它们的存在。她告诉自己，它们是研究的工具，并分别把它们称为“刘易斯”和“克拉克”。

苏伊尔曼头上的电极组就像NASA宇宙飞船第一次在遥远星球着陆后的那一刻，是充满不确定性的。研究人员采取了所有预防措施，确保能将电极组送到充满皱褶大脑的准确位置。在事前的核磁共振扫描中，他们让她想象移动自己的手和胳膊，以探测与这些意念相关的运动皮质部分。但他们不确定她想象的具体内容是什么。这种不确定性，再加上研究人员缺乏将电极组植入人体的经验，意味着这些极小的设备很有可能被植入到错误的位置。正如施瓦茨所告诉我的，“也许电极组被植入到了她的面部区域，而不是运动皮质区域。”

一旦苏伊尔曼不再感到疼痛，施瓦茨就迫不及待要开始记录电极组的数据了。“我思考了所有可能会出错的地方，”他告诉我。如果设备坏了呢？或者如果苏伊尔曼脑部开始出血了呢？或者受到感染了呢？他从乔格普洛斯那里学会了要尽快记录相关数据，把这些信息存储起来。“我的原则是，如果你有机会收集数据而你却没这么做，你就是在犯罪，”他说。“在让她冒着生命危险参与这项实验之后，这是我的职责所在。”他帮助团队将记录设备搬到一台推车上，运到了她的房间，该房间紧靠着医院的康复中心。“这就好像是，好吧，我准备进大脑里去看看了，”他说。

苏伊尔曼知道团队即将赶来，就让她的健康助理把她的衣服拿过来，帮她穿上。当研究人员到达时，她已经坐在轮椅上等他们了。她面无表情，头戴着鼠耳朵帽，帽子上留着老鼠的胡须和鼻子，一条鼠尾巴从轮椅后面钻了出来。科学家们很快笑起来，但施瓦茨没有笑，他明显有些不高兴。

“这玩意儿太搞笑了，安迪，”她告诉他，“你应该笑一笑才对。”

“但你不是一只实验室老鼠，”他说，“你是我们的合作伙伴。”

詹妮弗·克林格尔松开了一个支架的盖子，将一根电线插进去，把犹他电极与推车上的电子设备连接起来。当一个神经元放电时，从一个突触传送到另一个突触的电脉冲就会被转化为声音——介于爆炸和摩擦之间的声音。很多神经元放电的声音就像电台的干扰声，有位神经科学家把这种声音称为“大脑交响乐”。团队告诉苏伊尔曼，他们将要把从她大脑中读取的数据用扩音器放出来，这样他们就能立即知道，电极组是否处于准确的位置。

站在苏伊尔曼面前，施瓦茨让她想象以各种方式移动她的胳膊，但这没能产生任何声音。她没有流露出失望的神情，但她很快就开始担心手术失败了。然后，她想象移动她的食指——用EEG做了测试，这一次设备显示出更清晰的信号——电极组发出了几声爆破音。在苏伊尔曼听来，这种声音“就像是牛奶倒在了米花糖上，”这让科学家们的兴奋之情蠢蠢欲动。施瓦茨伸出了手掌，就像拳击教练一样，对她说，“锤它！”苏伊尔曼努力集中注意力，想象着击打他的手掌。扩音器再次发出了柔和的爆破声。在将他的手掌移到另一个位置后，他让她再次击打手掌，施瓦茨让她想象扭转手腕。扩音器爆发出神经元放电的“交响乐”。“我们成功啦！”他兴奋地说。“你是怎样移动你的手腕的？”“上下移动，”她说，并露出了笑容。

“啊，简直太棒了！”他说。

离开康复中心后，苏伊尔曼感到一阵轻松和兴奋。在家里，她在书桌上贴了一个便条，上面写着：“你不再只是一具活着的躯体了。”在做手术的前几周，她参加了圣诞节家庭聚会，家人们给她出主意，教她如何回应那些问她为什么会有金属管伸出头骨的陌生人。有个家人建议说，她应该做出一些怪异动作，让那些陌生人以为看到了外星人。还有人建议她引用《星际迷航》中的台词：“反抗是无效的，你会被我同化。”

整个周末，苏伊尔曼几乎都在睡觉。到了周一，她第一次前往实验室，那是匹兹堡大学医疗中心一间无窗的房子，离她家只有20分钟的车程。APL的机械手臂安装在墙上的铝制支架上。为了防止机械手臂失控，研究人员在制造它时设计了一个功能，当它伸到超过可视距离几厘米时，它就会停止运作。研究人员必须确保苏伊尔曼绝不会身处不可视的空间。

第一次看到机械手臂，苏伊尔曼认为需要给它取个名字。在她看来，它看上去就像是荷马史诗中的勇士赫克托，于是她坚持让研究人员用赫克托来称呼它。（他们尽量合她心意。）“我和赫克托进行了对话，”苏伊尔曼告诉我。“我相信我会取得胜利，如果我没能做到这一点，他会为失败承担责任。他同意了，但这可能是因为我替他同意了。”

实验室的一个角落是任务控制中心：有6台平板显示器和一台用于处理犹他电极组信息的电子设备。4台电脑用于处理从苏伊尔曼大脑获取的数据，而这些数据在显示器上显示为一系列波形，每一组波形显示了神经元毫秒级的电化学反应——这就是认知的复调和声，这些和声又可以被区分为一系列的独声。电极组以每秒3万次的频率记录数据。苏伊尔曼每次要在实验室呆上6个半小时，并将电极组连接到各种设备上，这些数据相当于詹姆斯·卡梅隆电影中的“阿凡达”——以3D形式投射在荧幕上——会通过电线连接到“刘易斯”和“克拉克”。为了有效处理大量数据，分析系统只会保留有科学意义的信息。

苏伊尔曼驱动她的轮椅来到赫克托面前，研究人员将她的大脑与电脑连接，然后就是等待。她的健康助理帮助她玩《时代》杂志的字谜游戏，她将字母贴在剪贴板上，而剪贴板又放在覆盖了她膝盖的毛毯上。

由于犹他电极组很容易随着苏伊尔曼大脑的移动而在头骨里呈凝胶状的皮质中移动，研究人员每次读取的数据就可能会来自不同的神经元。每天实验开始的时候，多达30%的神经元不同于前次实验所监测的神经元。因此，研究人员不可能知道这些新神经元是调整方向还是调整速度，而且每天分析系统也必须重新进行调校。对此，苏伊尔曼能做的并不多。但我们观察别人的行为时，我们的大脑通常会对这一行为做出反应，就好像它是我们自己的行为：如果你观察正在使用螺丝刀的人，你运动皮质中的某些神经元似乎也会放电，就好像你也正在使用螺丝刀。（当我们从事阅读活动时，运动皮质通常非常活跃。）为了利用这一镜像元效应，团队让苏伊尔曼观看赫克托的移动行为，而这一行为是由软件控制的电脑声音操控的：左、右、上、下。一群科学家安静地观察着她，而她则观察着机械手臂。

施瓦茨告诉我，苏伊尔曼看上去很困惑：植入物对她来说仍是新鲜玩意，她对实验路径也并不熟悉。而且，尽管镜像元效应可以让研究人员预测她的神经元是如何调适的，“但这只是一种粗略的预测，以致于机械手臂不可避免地会犯很多错误。”为了帮助苏伊尔曼通过实验的初始阶段，团队开发了两种软件工具：一种是方向性的过滤器，能防止她让机械手臂偏离预定方向；一种是“自动控制器”，可以帮助机械手臂去接触目标物。实验必须实现精妙的平衡：如果电脑的辅助太少，苏伊尔曼很可能实现不了自己的目标；辅助太多，她又不知道该如何控制住赫克托。让她的大脑具有学习调控机械手臂的能力至关重要。通过训练，一个人可以获得对单一神经元放电的自主掌控力，从而实现某个目标。

在施瓦茨的初期实验中，机械手臂的移动几乎完全由电脑掌控，相关工具都是据此来设计的。然而，苏伊尔曼还是对操控机械手臂感到紧张。“从一开始，我就一直相信我会成功，”她告诉我。“当我做第一次尝试的时候，机械手臂没有反应，我突然就吓住了：‘哦，我的天啊，这可不是我想要的！”这个房间里有这么多人，我意识到他们同样在跟我一起参与实验。这个项目的成功与否取决于我是否能操控机械手臂，我突然感到肩上压着重担，我必须成功。”问题出在技术差错上——一台电脑死机了——但苏伊尔曼仍旧专注在如何移动机械手臂上，她认为问题出在她身上。她在心里给自己鼓劲，然后再次做了尝试。“我观看了我第二次移动机械手臂的训练视频，我深出了口气，我说，‘我做到了！’”

移动机械手臂耗费了她所有的注意力——一边想着向右、向右、向右，一边想象自己的胳膊也在向右移动。她告诉团队，“有几次，我特别想又狠又快地击出拳头，我确实做到了。我想象自己正在打拳击赛。”

“我会在周六练跆拳道，”一位研究人员说。

“也许你应该试试这机械臂，”她打趣道。

施瓦茨曾经鼓励她将她性格中严谨、细致的一面抛开。他自己对心理物理学的研究告诉他，她正在试图对抗最基本的生物障碍。每个触摸运动都可以分成两个阶段。当我们想要接触某个物体时——比如，拿起咖啡杯——胳膊在我们看到自己伸手之前就已经开始做出快速响应了。施瓦茨把这一过程称为“弹道式”阶段，他告诉我，90%的胳膊运动是在这个阶段完成的。一旦大脑从视觉上理解发生了什么，身体就开始对该运动做出调整了。在我们的手指接触到杯子之前，视觉扮演了主导角色，确保我们的身体能做出准确的行为。由于苏伊尔曼对赫克托的控制完全基于她的视觉，她就错过了弹道式阶段。运动的最后阶段构成了她的全部运动过程，而这一过程充满了精细的思考和修正。

到了第二天，很多技术问题得到了解决，苏伊尔曼能够掌控机械手臂了。施瓦茨鼓励她胆子再大点，突然，他跳到了赫克托身边，催促她用机械手臂打他的手。在控制机械手臂击打他手的过程中，苏伊尔曼静静地坐着，注意力高度集中。“我们做到了！”他告诉她。他们玩起了猫鼠游戏。在触摸机械手臂之后，他问她，“你感觉到我在推你吗？”——这是在开玩笑吧，因为这根本不可能做到。一屋子的人发出了笑声。苏伊尔曼的脸上则充满了笑容，“哦，我感觉到了！”她说。只用了几个小时，她就实现了赫姆斯花了一个月才实现的目标。施瓦茨用手机给DARPA发了一封电邮：“全三维脑控制！！！！达到5个自由度！！！”

十多年来，苏伊尔曼从来没能举起过一根手指头。现在，她突然间能使用机械手臂接触到周围的一切事物。那天下午晚些时候，当她还在指挥赫克托接触不同的目标物——放在木板上的蓝色物块——房间变得安静起来。她周围只有电脑风扇散热的呼呼声。在常规的休息阶段，一个柔和的机器人声音指导她去触摸另一个目标物。在举起机械手臂时，苏伊尔曼感到一股情绪涌了上来，她闭上眼睛，紧闭双唇。尽管她决定保持冷静，但眼泪还是挂在了脸上。机械手臂停止了上升。”你还好吗？”研究人员问。

苏伊尔曼的脑海中浮现出各种回忆。她突然回到了1998年在加州家里，那时她刚刚瘫痪。几乎像是在说悄悄话，她告诉研究人员，“我正站在厨房，我正试图举起手去拿碗，但我做不到。”后来，她对我讲述了她所回忆的内容：“那时第一次我意识到我的胳膊如此无能，那真是给了我沉重的打击——我的天，如果这种无能扩散到全身该怎么办？”苏伊尔曼的健康助理擦去了她的眼泪，实验继续。

在接下来的几天，她的表现又更进了一步。随着研究人员改进他们的算法，她的大脑也修正了对算法的响应。她开始称呼赫克托为“我的胳膊”，很快这就成了她的口头禅。“我根本没意识到这一变化，”她告诉我。“我只是说，‘让我看看我是否能让我的胳膊做到那件事。’或者，‘我的胳膊别往那儿拐。’”

有一次，施瓦茨从她身边走过。“你知道，对我来说最酷的事情是什么吗？”他说。“那就是让运动看起来更协调、更优雅——这就是我们正在追求的目标。”当他说这话时，为了加以强调，他以十分流畅的姿势弯曲着自己的胳膊。“我们的全部目标就是要做到这一点，我们不想让机器人的运动看上去很蠢笨。我们希望你的移动能做到我所谓的优雅！”

“哦，绝对能做到！”苏伊尔曼说。

施瓦茨面露微笑，向她保证，“我们快要成功了。”

苏伊尔曼每周要去实验室三次，每次在那里呆4个小时。在大约一个月的时间内，它可以用赫克托的手指握起一个拳头，可以夹起和抓住东西了。两个月后，研究人员关闭了辅助算法，让她自己全面操控。在第三个月，她实现了施瓦茨为DARPA设定的目标：7个自由度。这意味着，她可以开合手掌了，同时可以指挥胳膊反转手腕。她的进步如此之快，研究人员甚至都跟不上她的进度了。“我记得，我有一次散步，我对自己说，‘靠，真的做到了！’”施瓦茨告诉我。“这有点像是开悟的感觉，像是经历了‘哇’那样的惊奇时刻。”

每次去实验室，苏伊尔曼的移动都会变得更具本能性，她已经很难描述自己是怎么做到移动胳膊的了。“我只是学会了看着目标物，然后赫克托就会帮我拿到它，”她告诉我。她感到她正在发现一个长期以来被她忽视的自己。“我学会了如何像51年前那样去拿苹果，我仍记得当时的情景，当时能做出那样一个动作让我感到非常开心。”

实验已经做了6个月，团队准备让她学会自己进食。有人去买了一些德芙巧克力棒。由于机械手臂经常会过度发热，它会被冷冻降温，但又不至于被冷冻到在抓取时会把东西黏住的程度。“我们在感恩节前一天做了尝试，”苏伊尔曼告诉我。“巧克力棒是半敞开的，在前面几次尝试中，它碰到了我的嘴边，或者正当我要把它送进嘴里时，最终只吃到了空气，它移到了其他位置。”

施瓦茨在她身上看到了人的生存本能。“你可以想象，这是令人相当惊讶的事情，”他告诉我。“你有机械手臂，你认为你可以控制它，但也许你不能，它能产生18千克的推力，你却要把它送到你脸前。你可以看到她很焦虑，但与此同时，她很想吃到巧克力棒。”经过几次尝试，苏伊尔曼已经足够接近巧克力了。“在赫克托移走之前，我只能吃到一点点，而我可没想要让它移走，”她说。“这只是一小口。但这是我吃过最好吃的巧克力！”她说“ever”（吃过）这个词时就像刚上学的小女生学单词那样拖着长长的尾音，其中混杂着满足的兴奋感。在吃到这一小口后，她挥舞了赫克托的拳头，以示庆祝。

从一开始，“革新义肢”计划就一直把将感知信息写入大脑当作目标——让像苏伊尔曼这样的人不仅具有操纵机械手臂的能力，还有对机械手臂产生知觉的能力。这意味着要制造一个更为自然的义肢，而这显然会面临一些更为困难的问题。如果从大脑中提取信息可以扩展一个人的主体感受，那么向大脑输入信息——干预认知的基本结构——难道不会降低这种主体感受吗？

60年代，耶鲁大学的西班牙神经科学家何塞·德尔加多（José Delgado）曾经设计过一个由录音机控制的电极，该电极可以植入动物大脑的深处。德尔加多发现，经过训练，该电极可以用于减少猴子的攻击行为。1964年，他来到西班牙，将他的电极植入到一头公牛的脑中，然后戏剧性的情况发生了：他在斗牛场面对那头公牛，手里拿着斗牛士的红色披风和能够控制电极的手持式录音机开关。当公牛冲向他时，他激活了植入电极，使得公牛迅速失去了对他的兴趣。后来，德尔加多将这种电极用到了精神病人身上。根据《科学美国人》杂志的报道，“只要推动按钮，他就能让人微笑、咆哮、狂喜、恐惧、饥饿、唠叨、淫乱。”在名为《心智的物理控制：走向一个心理健康的社会》（Physical Control of the Mind: Toward a Psychocivilized Society）一书中，德尔加多设想了机器控制认知的乌托邦。在国会作证时，批评者将这种乌邦托描述为鼓吹“技术极权主义”。显然，这种技术可能会被误用。在60年代的种族骚乱平息之后，两位哈佛神经手术医生建议，神经电极可以用于抑制社会暴力行为。1972年，杜兰大学的精神分析师试图用这种电极在同性恋者身上激发出“对异性的觉醒”。

DARPA很清楚这段历史。2012年夏天，名叫阿拉迪·普拉巴兰卡（Arati Prabhakar）的新主任走马上任，在听取了神经科学研究领域的简短汇报之后，她很快决定自己的机构要更加注意研究带来的社会影响。在该机构的研究项目之外，神经科学家们已经研发出了大脑植入物，可以让啮齿类动物有能力感知红外线，甚至他们已经开始在研究如何将不同动物的大脑连接起来。“我不想生活在一个由技术人员提供所有答案的世界，”她告诉她的同事。她将DARPA生物项目整合进了名叫“生物技术局”（Biological Technologies Office）的单位，该单位由杰弗里·林领导，她指示林要把伦理学家、哲学家和应用神经科学家召集在专家顾问团中。“跟每一种强大的技术一样，这种技术既能行善，也能做恶，”她告诉我。“我们现在就处于这种境地：必须要思考这些问题——该研究的价值和分量。”在做了进一步思考后，该项目得以继续推进。

2014年，匹兹堡的团队招募到了第二名四肢瘫痪的实验对象，他叫纳森·柯普兰（Nathan Copeland），只有27岁。他想知道团队是否能将感知信息直接输入他的大脑。APL设计的机械手臂可以连接它手指上的传感器，尽管苏伊尔曼没有用到这一传感器，柯普兰将会用到它：两组额外的犹他电极组也会植入他的体感皮质，他的神经系统将会与机械手臂形成闭环。

研究人员知道，激发自然感知比移动胳膊的技术难度更大。尽管有可能做到在一堆神经元附近引发电化学反应，从而激起某种感知反映，但要将这种刺激转化为细微的感知则并非易事——这很大程度是因为今天的植入技术只能大致接近神经元彼此连接的方式。大脑细胞是以非常复杂的模式在处理感知信息，而且这些模式总是在发生变化。现有的植入技术还不能像大脑那样处理信息。最成功的神经义肢——耳蜗植入——与生物处理之间的差距，就像是马尼拉文件夹与笔记本电脑之间的差距。耳蜗的局限性在一定程度上能得到克服，是因为它是连到听觉神经上的，它输送的信息可以到达大脑更高级的结构上，而且它也已经得到了改进。但在柯普兰的案例中，将感知数据直接送入体感皮质意味着，植入物不可能从改进的过程中自然受益。

尽管传感器被装在机械手臂的指尖位置，柯普兰只是在他生物手指底部附近体验到了模拟的感知。有时，这种感觉就像是有东西压在了他的皮肤上；另一些时候，这种压力似乎由来自于内部，来自于他的骨头。“所以，那是一种很怪异的感觉，”他告诉我。无论这些感知来自哪里，它们都让他觉得既熟悉又陌生。柯普兰发明了几个词，来形容他体验到的那种刺痛感：“刺瞎双眼”（sparkly）、“快跑的小鸡”（rapid-tappy）、“躁人的嗡嗡声”（drilly-buzzy）、“痛到颠毫”（pinpointy）。我问他感觉如何，他告诉我，“不像是碰到了电丝网的那种感觉，不是清凉如薄荷般的刺痛感，也不是碰到大头针和缝纫针的感觉——那是一种不太舒服的感觉。”他叹了口气。“但真的有刺痛感！我不知道，那种感觉超级怪异！”

[视频] 受意念控制的机械手臂——“革新义肢”一瞥：纳森·柯普兰用匹兹堡大学的机械手臂处理任务。

当柯普兰能感受到机械手臂的存在时，他在该项目上的表现似乎就已经取得进步了。但从一般层面而言，他使用的方法不同于苏伊尔曼的方法。后者试图让每一步都做得很稳当，而前者有一种赌徒般的本能，经常在实验中操之过急。他希望用非科学的实验方法测试他的能力，将他的大脑直接插进游戏《最终幻想XIV》——“只需要直接成为电脑游戏的界面就行”。一天下午，他告诉我，“我总是说，为什么我们不给吉尼斯打电话呢，让他们看看我们做了那么多愚蠢的事情——你们什么都没做成，这就是世界记录！你们只是写下了一句：‘好吧，他能玩转一只铅笔了！’”就这样，他转到了另一个任务，这个实验与听力测试很像。当哔哔声响起时，研究人员将电脉冲送进他的皮质，以测试他的脑部反应。柯普兰要做的一切就是坐在那里，讲述他的感受。

不难理解，让四肢瘫痪的人沉浸在电子游戏中可以让他拥有一种深深的自由感。在苏伊尔曼完成她的实验之前，她也有过类似的感受，她告诉我，那是她在实验室经历的最重要的时刻。当杰弗里·林在马里兰的一家咖啡厅碰到APL项目主任迈克·麦克洛林时，苏伊尔曼正在与匹兹堡团队合作，那时她对机械手臂的操控已经达到10个自由度了。那天下午，林和麦克洛林谈论到这项技术。“我们的设想不只是做好义肢，”麦克洛林告诉我，“比方说，你有一个恒温器——你可以与它对话，让它改变温度，让它把灯打开，让它与你的电脑连接，让它帮你开车。这项技术具有巨大的潜力，可以从根本上改变我们与机器互动的方式。”

他俩就技术问题充分交换了意见，麦克洛林提到，APL已经为F-35战斗机打造了一款飞行模拟器，并建议杰弗里·林将苏伊尔曼的大脑连接到模拟器上。林同意了。正如他所看到的，DARPA的角色就是开启新的技术路径，而不是将技术打磨完美。“我们是一家国防机构，对吧？”他告诉我。“所以，是的，我们正在做的事情对于四肢瘫痪的人来说非常有帮助，但我们的想法不止于此：我们可以用这项技术向人们展示，我们能够走多远？”

将苏伊尔曼的大脑连接到飞行模拟器毫无疑问引起了军方的关注。意念控制飞行是很早就有的想法。1970年代，DARPA曾经考虑过用EEG来实现这一目标。DARPA前主任托尼·泰特（Tony Tether）告诉我，在高速飞行中，施加在飞行员身上的重力令他们在生理上无法正常操控飞机。“如果所有飞行员要做的事情就是动动脑子，你就可以把他们放在飞机的密闭舱里，让他们免于受到更大重力的伤害，而飞机也能因此飞得更快，”他说。

DARPA一度中断了这方面的研究，因为EEG技术还达不到要求。但这个想法在关于冷战的惊险小说中还存在，《火狐》（Firefox）就讲述了一则虚构的苏联战斗机米格-31的故事，在其中，一个主角解释说，“你实际上已经连接到了武器系统上。”《火狐》一举成为军事神经科学的标志性目标：将士兵与武器连接在一起，成为混合人。卡伦·默克森（Karen Moxon），脑机接口研究领域的领军人物告诉我，“我在科罗拉多大学读博士时研究的就是航空航天工程技术。空军关注的是军力、空间站中生长的植物，以及《火狐》。”

过去十年，DARPA官员在无人轰炸机的激发下，设想出意念控制飞行的新版本。当打造F-35模拟器的想法出现时，在杰弗里·林手下工作的一位项目经理告诉我，“飞行员的职责还停留在驾驶一架飞机，这真是20世纪的过时想法。在未来，很有可能我们会建立一对多的关系，一名飞行员可以控制15或者20架飞机，从而成为空中战斗的司令员，而不是一名操控驾驶杆和油门杆的技师。”随着大脑植入技术的发展，一个人可以通过意念指挥一大群飞机。

林和麦克洛林希望让苏伊尔曼体验一下F-35模拟器，但由于软件是机密的，无法被带到匹兹堡来。不过，团队购买了一款类似的商用机，一款更为简单的程序，以用于训练。第一架用于模拟的飞机是单引擎的飞机，名叫“Mooney Bravo”。跟使用机械手臂一样，苏伊尔曼在两个维度上通过视觉想象移动她的手腕——左和右，上和下——来指挥飞机。“这种操控要变成一种本能是非常快的，我会说，只需要两分钟就够了，”她告诉我。“如果我想往下飞，它就会往下飞。”她第一次用Mooney Bravo做实战测试是飞机正在空中飞行的时候，她似乎悬停在飞机尾翼上。尽管屏幕上的图像显示，她正在俯瞰着飞机，当飞机上升时她觉得自己就在飞机里，但她还是克服了这种感觉。“我感觉我站了起来，离开座椅，我身处云端，我离开了我残废的身体，”她告诉我。“我正在飞行，那种感觉甚至比吃到巧克力还令人兴奋，而且这一实验的意义更为重大。”

她穿越了峡谷，在飞越匹兹堡的时候，她试图找到自己的家，但模拟器没有为地面场景提供足够充分的细节信息，所以她决定看一看地球上主要的标志性建筑。她觉得中国的长城看上去太单调了，于是问工作人员是否可以看看法国和埃及。这是可以做到的。在飞行过程中，她注意到，模拟器不仅能让她在机舱中顺畅移动，还能让她产生一种数字幻觉：这个世界存在着没有固态、重量和质量的物体。苏伊尔曼在飞越全球各地的过程中感到十分愉快。“我从戴高乐机场起飞，飞过了埃菲尔铁塔，”她告诉我。“我飞过了金字塔和亚历山大！”这种体验真是让人欣喜若狂。在语音书写软件的帮助下，苏伊尔曼做起了笔记。那天晚上，从实验室回到家，她写道：

今天，我驾驶了一台飞机。
今天，我他妈驾驶了一台飞机！
我今年54岁了，四肢瘫痪已有14年，但我今天驾驶了一台飞机！用我的大脑，我仍然能够飞翔。

在DARPA，杰弗里·林播放了苏伊尔曼飞行的视频，并阐述了它里程碑般的意义。他相信，该实验预示着人类身体进化的变革。“难道你没理解发生了什么吗？”他告诉我。“我们已经摆脱了身体的局限，这让人类达到了另一个高度，兄弟！你能想象一副身体有四只手臂吗？你能想象一副身体多了两只眼睛吗？我们的身体来自于生物组织，我们完全可以摆脱对生物组织的依赖。”林在2015年卸任，但他的接任者贾斯汀·桑切斯（Justin Sanchez）决定继续推进这项“超人类主义”研究。DARPA此后投入了更多资金在神经技术上，其中投入最多的项目就是开发出比犹他电极组更强大的神经植入物。新上任的项目经理在私人企业中加快推动大脑移植技术的发展。“未来的大门已经打开——虽然还会遇到一些挑战，”他告诉我。“我们要解决的问题是，如何让植入物不再只有100根电线，而是要让它变得更强大，拥有更大的带宽？我们能让它变成无线的植入物吗？”

2016年，DARPA开始让匹兹堡的研究人员更多地从事飞行模拟实验。来自APL的团队带着新问题回到了匹兹堡大学：（用意念控制飞机的）飞行员可以拥有飞行的感受吗？研究人员设计出一款软件，该软件将经过选择的危险飞行路线信息直接植入了纳森·柯普兰的体感皮质。他不用再看着飞机的刻度盘或者听从他人的指挥，就可以直接感受到飞行数据。

在其他模拟实验中，APL试图让柯普兰同时指挥两架位于马里兰总部基地的无人机——这是实现指挥一大群飞机的第一步。“我们希望让纳森控制某种真实的飞行器，比如，四轴飞行器，”迈克·麦克洛林告诉我。该计划想要从偏远处开展实验，让柯普兰的大脑通过互联网连接到飞行器。但在匹兹堡的科学们反对这种做法，他们认为，与虚拟现实的飞行测试不同，该测试的确可以知道瘫痪病人是如何与电脑连接的，但从偏远且很难掌控的环境指挥真实的无人机不会产生太多有价值的科学信息。而且，这种做法违背了监督委员会的伦理准则，与在实验室从事该项目研发的核心使命相悖，这一使命就是要让辅助技术帮助需要该技术的人。“他们说，‘那不是一项学术研究，”迈克·麦克洛林告诉我。

之后不久，APL要求归还处理犹他电极组数据的硬件设备。就在匹兹堡大学试图用其他设备取而代之时，APL继续推进大脑控制的飞行实验。麦克洛林告诉我，在新的实验规则下，人类作为实验对象会被植入两个犹他电极组，每个脑半球各植入一个，因为实验要求他们指挥多架无人机。DARPA官员们已经把这项研究称为“意念飞行”（Mind Flight）。当我问贾斯汀·桑切斯DARPA为什么要撤离匹兹堡大学，他说，“我们知道APL可以解决其他问题——控制飞行器以及类似的问题——所以我们给了他们机会。我们从事这项研究只是做出了一个战略决定。

匹兹堡研究人员参与的“革新义肢”项目停止了，但他们从NIH那里获得了数百万美元资金，继续进行深入研究。同时，施瓦茨也想继续解码运动的认知之谜。他告诉我，他对大脑研究得越深，遇到的问题就越复杂——充满了各种非线性模型，很像是预测天气变化，同时充满了噪音和秩序，神经元在各种逆流和反馈循环中传递信息。他所发现的神经轨迹也许可以被看作是思维的雏形，但他不愿意用这种方式去描述它们。“只发现了很少的细节，”他说，“只是因为我们获得了非常清晰的信号，但这并不意味着我们知道了运动皮质正在做什么。”在这些探测到的模式之下，可能存在着更深层次的秩序。

施瓦茨对苏伊尔曼遇到的一件意外困难感到尤其好奇。无论何时她想要捡起一个物体——一个球、一个塑料圆锥体——电极组都能探测到一系列的神经行为以及机械手臂逐渐后退的情况，就好像它受到了力场的排斥。“如果我让她闭上眼睛，她也能抓住物体，”施瓦茨告诉我。“如果我将物体从她手上拿走，她就会收紧拳头。所以这是非常有力的证据，它表明，我们对物体之间互动概念的理解存在着一些问题，这种互动超越了我们的解读能力。”为了探究这个问题，团队抑制了苏伊尔曼的神经行为。“即便如此，苏伊尔曼仍能抓取东西，”他解释说。从那以后，他的实验室就很想知道为什么苏伊尔曼的大脑在这种情况下也能做出反应。“这就是我现在最热衷的问题，”他告诉我。“移动你胳膊的全部理由就在于这能让你做一些事情。”这段科学旅程始于对运动认知规律的探究，但现在它要走向新的征程了：在我们伸手去触碰它们之前，我们是如何理解我们周围的物体——它们的重量、它们的脆度、它们的硬度？实际上，这个问题可以归结为：我们是如何理解世界的？

珍·苏伊尔曼在几年前突然被迫与赫克托分离。有一天，研究人员正准备将她连接到电脑，突然注意到一个令人警觉的情况：她的头皮支架处裂开了一个口子，能看到头皮之下的电线。这一开口会让她面对脑部感染的致命风险，于是研究人开始考虑备选方案：要么通过整形手术修复头皮，要么终止实验。施瓦茨担心电线会将细菌带进大脑，建议立即撤出设备。在两天之内，研究人员安排她重返手术室。

苏伊尔曼非常感激研究人员能把她的健康看得如此重要，但她又意识到，终止实验意味着她作为认知探索者的角色也将完成使命。手术来得如此突然，以至于她根本没有时间返回实验室，最后使用一次脑机接口，或者最后看一眼她的赫克托。

作为实验小白鼠的人生经历改变了她对自己的认知。在实验进行过程中，她在实验室看过视频录像，她想知道，屏幕中那个缩小了的人物究竟是不是她？有一次她把一段视频看了好几遍，想从中获得答案。“每一次，我都会比先前更接受那个事实，屏幕中的那个女人其实就是我，”她在回忆录中写道。“我没有过多留意自己残废的躯体，而是看到了我眼神中的光芒，听到了我声音中的喜悦，以及感受到了我内心的热情。”

在她的支架——刘易斯和克拉克——被移除后不久，她的丈夫和孩子就带她去了电影院。“阳光撒在山坡上，映在河面上，大地呈现出秋天的金黄，”她写道。“我在家人的陪伴下晒着太阳，度过了美妙的一天。我能记得生活有多美好，以及我有多么幸运。然后，在驱车回家的20分钟时间里，我的情绪变了。我从极度的幸福变成了哭泣的沮丧。失去刘易斯和克拉克突然让我感到无比伤心，它们的离开意味着什么啊？意味着我将再也不能控制赫克托。一切都结束了。我也许还会去参观实验室，但我再也不可能被植入电极，再也不可能让赫克托移动了。我所失去的这一切让我深受打击，我哭了起来。”苏伊尔曼希望能看赫克托最后一眼，跟它说说话。“我必须告诉他，我很想念他，而且我知道他也会想念我。我认为赫克托需要听到我告诉他，我跟他一起共度过一段美妙的时光，但他现在要与其他人在一起了，并且要与其他人尝试一些新的事物。我不想让赫克托觉得与其他人合作就是对我的一种背叛。当我想到这一切，我意识到，我真正需要的，其实是把这一切讲给我自己听。”

随着时间推移，她的失落感逐渐消失了。她很高兴获悉，柯普兰已经打破了她的记录。她认为他俩仿若是双胞胎探索者——她是1号探索者，他是2号探索者——他们将人类感知探索推进到了未知领域。她内心满是感激和充实。“我做到过！”她告诉自己。“我只是通过意念就让机械手臂移动了，我操控过赫克托的手腕和手指，并且我们一起被写进了技术的历史！现在，我要把这件事说出来，我要与人们分享这项研究的兴奋之处，分享我所体验到的激动，以及我们所做出的贡献。还有哪个女孩能得到比这更幸运、更幸福的礼物？”

翻译：王培
审校：邮狸
编辑：EON

Part 1: The Human Colossus

Part 2: The Brain

Part 3: Brain-Machine Interfaces

Part 4: Neuralink’s Challenge

Part 5: The Wizard Era

Part 6: The Great Merger

Neuralink and the Brain’s Magical Future – Wait But Why

I knew the future would be shocking but this is a whole other level.

正如古希腊人梦想着可以冲上云霄一样，当今人类的希冀则是意识与机器的融合，以弥补肉体会死亡的缺憾。

通过脑机接口（BCI）技术将人类意识与人工智能、机器人或者其他人的意识相连，是否可以超越人类本身的局限性呢？

在过去的50年间，全世界的大学实验室以及公司中的研究者们致力于实现这一愿景，并且已经取得了令人瞩目的进展。

How close are we to Elon Musk’s brain-computer interface? | CNN

How close are we to connecting our brains to our technologies? And what might the implications be when our minds are plugged in?

最近，诸如Neuralink的创始人埃隆·马斯克（Elon Musk），Kernel联合创始人布莱恩·约翰逊（Bryan Johnson）等成功的企业家们成立了新的创业公司，声称将通过脑机接口技术增强人类的能力。

将技术与大脑成功相连究竟离我们多远？当我们的意识接入机器的时候会有什么样的后果？

感觉运动神经工程中心（CSNE）的研究员埃布·菲兹（Eb Fetz）是最早进行脑机相连的开拓者之一。在个人电脑甚至还没被发明出来的1969年，菲兹展示了猴子可以通过增强脑信号来移动表盘上的指针。

最近的脑机接口研究旨在提高瘫痪或者有严重运动障碍患者的生活质量。你可能已经在新闻中看到了最新进展：美国匹兹堡大学的学者用从大脑内部获取的信号来控制机械臂。斯坦福大学研究者可以从瘫痪者大脑信号中提取他们的运动意图，从而让他们能使用无线平板电脑。

同样地，通过向脑内或者脑表面传递脑电波，一些受限的虚拟感觉也可以被传回到大脑。

那我们主要的感觉（视觉与听觉）也可以进行传递吗？针对有严重视力障碍的人，早期的仿生眼已进行商业化的量产，加强版正在进行人体试验。另一方面，人造耳蜗已经成为最成功也是最普遍的仿生植入物之一，全球有超过30万的用户通过它来获得听觉。

最复杂的脑机接口是“双向”脑机接口，它既能记录又能刺激神经系统的活动。我们中心正在探索将双向脑机接口作为一种新型的医疗工具，以应对中风和脊髓损伤。我们的研究显示，双向脑机接口可以用于增强两个脑区之间或者脑与脊髓之间的连接，变更伤患处的信息以重现唤醒瘫痪的肢体。

随着这些成功的到来，你可能以为脑机接口会是下一个消费者必需的小工具。但是对现有的一些脑机接口的表现仔细审视以后，我们可以发现距离这一天的到来还有很长的路要走：相比较那些肢体健全的人每天用四肢很容易就做出的简单动作，脑机接口产生的运动要慢的多，并且不够协调和准确。仿生眼产生的视觉具有非常低的分辨率；人造耳蜗所带来电子化的言语信息是有限的，并且会使人对音乐的感知失真。

为了让这些科学技术发挥作用，必需通过手术将电极植入体内——这前景当今大多数人都不会考虑。

但并不是所有的脑机接口都是侵入式的。不需要手术介入的非侵入式脑机接口的确存在；它们基于头皮表层记录的脑电波运作，已被证明可以用于控制光标，轮椅，机器人手臂，无人机，人形机器人，甚至可以用于脑与脑之间的交流。

2006年，华盛顿大学的神经系统实验室展示了现实世界中的“阿凡达”：名为Morpheus的首个非侵入式的脑控人形机器人。当表示想要的东西或者位置的图像闪烁的时候，这个非侵入式的脑机接口会基于大脑的反馈信号对机器人做出应该拿什么或者拿去哪里的指示。

但所有的演示均在实验室中进行——实验室环境安静，被试没有分心，技术设置漫长且有条理，显示出概念的可行以后实验才会结束。使这些系统足够快速以及强大到在现实世界中得到实际应用，已被证实非常困难。

即使使用侵入式电极来读取心灵，也会产生另一个问题，即我们的大脑究竟是怎样被建构的。我们都知道每个神经元和与其相近的数千个神经元组成了一个难以想象的巨大且不断变化的网络。这对于神经工程师们来说意味着什么呢？

想象一下，你正在试图了解一大群朋友基于一个复杂主题的对话，但是你只被允许听其中一个人的想法。你可能会弄明白这个交流的粗略主题，但你绝不可能弄清楚整个讨论的所有细枝末节。

因为即使是最好的侵入式电极，也只能让我们一次性聆听大脑的几个小脑区，我们可以做一些令人印象深刻的事情（指的是前面的那些实验），但是还远远不能理解全部的对话。

还有就是我们所认为的一种语言障碍。神经元通过电信号和化学反馈的复杂交互与其余的神经元进行联系。这种本来的电-化学语言可以通过电路进行解析，但是并没有那么简单。同样地，当我们用电刺激回传信息给大脑时，会带有浓重的电子“口音”。这使得在众多其他正在进行的电活动中，神经元难以理解电刺激想传达的信息。

最终，还有损伤的问题。脑组织非常软而且脆弱，但是连接脑组织的电导材料却很坚硬。这意味着侵入式电极会造成创伤并产生免疫反应，并且随着时间的推移它会丧失功效。灵活的生物纤维和阵列可能最终在这方面会起到作用。

虽然面临着这些挑战，但我们对于仿生未来依旧保持乐观。脑机接口不一定要完美。大脑具有惊人的适应性，在学习使用脑机接口上，有点类似于学习一些像是开车或者使用触摸屏这样的新技能。同样地，即使使用电磁脉冲这种非侵入式的媒介来传播新型的感觉信息，大脑也可以尝试着解析它。

最终，我们认为， “共同适应”的双向脑机接口可能会被证实是建立神经桥梁的一个必要步骤。双向脑机接口中电子设备与大脑共同学习，并在学习过程中不断向大脑传递信息。构建这种共同适应的双向脑机接口是感觉运动神经工程中心的目标。

对于最近使用“电子疗法”靶向治疗像是糖尿病等慢性疾病所取得的最新成果，我们同样感到非常兴奋。这项疗法没有通过药物，而是利用小型实验性植入物直接向内部器官传达命令。

对大脑进行干预以治疗疾病改变了我们的本质吗？

研究人员已经发现了克服“电——生化语言”障碍的新途径。比如，注射性的“神经织网”被证实可能会是一种有希望的途径，它允许神经元逐渐在电极周围生长，而不是拒绝电极。在将来，基于纳米导线的灵活探针，柔性的神经元支架和玻碳接口可能也会允许生物性和技术性的计算机与我们的身体友好共存。

埃隆·马斯克的新创业公司Neuralink具有明确的最终目标，即通过脑机接口增强人类大脑，以使得我们能够在与人工智能的持续进行的军备竞赛中可以脱颖而出。他希望通过连接技术，能够使得人类自身的大脑能力得到增强，而这有可能会让我们避免AI已经远远超越人类能力的反乌托邦式未来。这样的想法可能看起来很遥远或者异想天开，但是我们不能因为陌生就单单忽略这个想法。毕竟无人驾驶汽车在十五年前还被归为科幻，而它们现在已经驶上公路。

在不远的未来，当脑机接口从恢复残疾人的身体机能到增强肢体健全人能力的时候，我们需要敏锐地觉知到许多与许可、隐私、身份、媒介和不平等相关的问题。在我们中心，哲学家、临床医师和工程师团队正在积极处理这些伦理性、道德性和社会正义类问题，他们致力于在该领域进程超前之前提供神经类指导。

将我们的大脑与技术直接相连可能最终会是一个自然进程，人类自古以来一直通过技术来增强自身能力——从利用轮子来突破双足限制到在粘土与纸张上记录符号来增强记忆。

增强能力的脑机接口有点像是现如今的电脑、智能手机和VR眼睛，当它们终将出现在消费市场时，将会令人振奋或沮丧，而风险与希望也将并存。

翻译：Harrit

校对：EON