你會(huì)拿什么去交換一個(gè)讓你能在黑暗中看見東西的視網(wǎng)膜芯片？或讓你在不管有多嘈雜的餐館中都能聽到任何對(duì)話的新一代人工耳蝸？或直接連入大腦海馬體、讓你分毫不差地回憶起讀過的一切的存儲(chǔ)芯片？抑或是一個(gè)植入式互聯(lián)網(wǎng)接口，將你腦海中一次清晰的無聲問題（如“法國(guó)太陽王”）轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)搜索，在融合維基百科里的相關(guān)知識(shí)后，將總結(jié)答案直接投射到你大腦中？

科幻小說嗎？不久之后可能就不是了。今天大腦植入所處的階段相當(dāng)于幾十年前的眼科激光手術(shù)。它們不是沒有風(fēng)險(xiǎn)，而且也只對(duì)少數(shù)特定的病人有意義，但它們揭開了未來世界的一角。

和起搏器、人造牙冠或植入式胰島素泵不同的是，用直接插入神經(jīng)系統(tǒng)的電子設(shè)備恢復(fù)或補(bǔ)充大腦功能的神經(jīng)義肢，將改變我們感知世界、在世界上活動(dòng)的方式。不論好壞，這些設(shè)備都會(huì)成為我們?nèi)烁竦囊徊糠帧?/p>

神經(jīng)義肢不是現(xiàn)在才有的事物。它們的商業(yè)化存在已經(jīng)有30多年，具體而言就是在全世界30多萬聽覺障礙人士的耳朵（神經(jīng)系統(tǒng)外圍感知器官）內(nèi)植入的人工耳蝸。去年，美國(guó)食品藥品管理局（Food and Drug Administration）批準(zhǔn)了第一款人工視網(wǎng)膜。該產(chǎn)品由Second Sight公司生產(chǎn)。

這兩項(xiàng)技術(shù)采用了同樣的原理：讓一個(gè)外部設(shè)備——不管是麥克風(fēng)還是攝像頭——捕捉聲音或圖像進(jìn)行處理，利用處理結(jié)果來推動(dòng)一組電極，讓它們刺激聽覺或視覺神經(jīng)，模擬耳朵或眼睛自然產(chǎn)生的效果。

另外一種已經(jīng)很常見的植入設(shè)備被全世界成千上萬的帕金森患者采用，它將電脈沖發(fā)送到大腦合適位置，激活控制運(yùn)動(dòng)的一些神經(jīng)通道。一條細(xì)細(xì)的電極通過顱骨上的一個(gè)小開口插入大腦，并通過一條電線與皮膚下方的電池組相連。其效果是減輕甚至是消除震顫、運(yùn)動(dòng)僵硬等突出的帕金森氏癥狀（可惜該設(shè)備不會(huì)阻止疾病本身的發(fā)展）。有實(shí)驗(yàn)也在測(cè)試這類“深部腦刺激”治療其他機(jī)能失調(diào)的有效性。

加州大學(xué)洛杉磯分校（University of California， Los Angeles）神經(jīng)外科醫(yī)生伊扎克?弗里德（Itzhak Fried）和同事在2012年發(fā)表于《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》（New England Journal of Medicine）上的一篇文章中提出，電刺激還可以改善某些形式的記憶。利用一臺(tái)類似于電子游戲機(jī)的裝置，研究人員教七名病人用一個(gè)操縱桿在虛擬城市環(huán)境中穿行，搭載乘客，送他們?nèi)ヌ囟ǖ纳痰?。游戲期間，適當(dāng)?shù)哪X部電刺激提高了病人完成任務(wù)的速度和準(zhǔn)確度。

但并不是所有的大腦植入設(shè)備都是通過直接刺激大腦來發(fā)揮作用。有些是通過讀取大腦的信號(hào)來發(fā)揮作用，比如將癱瘓用戶的意圖翻譯出來。神經(jīng)義肢系統(tǒng)最終或許能兼顧這兩項(xiàng)功能：先讀取用戶的意圖，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)搜索之類的動(dòng)作，然后將結(jié)果直接傳回大腦。

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還有多久我們才能擁有這些奇妙的設(shè)備呢？首先，科學(xué)家、醫(yī)生和工程師需要想出更安全、更可靠的辦法來將電極植入人的大腦。目前來看，唯一的選擇便是在顱骨上鉆出小孔，將鉛筆芯一樣細(xì)長(zhǎng)的電極插進(jìn)去，讓它們進(jìn)入大腦深處的目的地。這有可能造成感染，因?yàn)殡娋€是通過皮膚伸進(jìn)去的；也有可能造成腦內(nèi)出血，帶來破壞性的、甚至是致命的后果。

NeuroSky公司讀取腦電波的盔帽（向公眾宣傳的時(shí)候聲稱“適用于健康、教育和娛樂目的”）等外部設(shè)備不存在這些風(fēng)險(xiǎn)。但由于它們的傳感器離單個(gè)神經(jīng)元太遠(yuǎn)，有效性顯著降低，就像是20世紀(jì)初美國(guó)無聲電影里的那些警察想從巨大的橄欖球場(chǎng)外偷聽一次對(duì)話一樣。

今天，有效的腦機(jī)接口必須是直接接入大腦，采集小群神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的信號(hào)。但還沒有誰知道怎樣生產(chǎn)出能夠長(zhǎng)時(shí)間采集同一群神經(jīng)細(xì)胞信號(hào)的設(shè)備，其中有部分是力學(xué)問題：每當(dāng)你走動(dòng)的時(shí)候，大腦就會(huì)在顱骨內(nèi)來回晃動(dòng)，植入設(shè)備一毫米的移動(dòng)，都會(huì)造成差之毫厘謬以千里后果。

另一部分是生物學(xué)問題：植入設(shè)備必須無毒并具有生物相容性，不至于引起免疫反應(yīng)。它還必須足夠小，能完全封閉在顱骨以內(nèi)；能效要足夠高，以便能在夜間通過放置在頭皮上的感應(yīng)線圈充電，就像現(xiàn)在一些電動(dòng)牙刷用的充電站一樣。

這些障礙或許令人望而卻步，但很多障礙看起來都非常像手機(jī)制造商在20年前、手機(jī)有鞋盒子那么大的時(shí)候遇到的那些。神經(jīng)植入設(shè)備需要的進(jìn)步比這還要大，因?yàn)橐坏⑺鼈冎踩?、將顱骨重新封上，升級(jí)起來就不容易了。

但很多聰明的神經(jīng)工程師正力圖克服這些問題，比如加州大學(xué)伯克利分校（University of California， Berkeley）的邁克爾?馬哈比茲（Michel Maharbiz）、何塞?卡爾梅納（Jose Carmena）以及他們的同事。這些人正在開發(fā)一種他們稱之為“神經(jīng)微塵”的無線大腦接口。數(shù)千個(gè)0.1毫米（大約相當(dāng)于人頭發(fā)粗細(xì)）的生物中性微傳感器將把電信號(hào)轉(zhuǎn)化成可在大腦之外讀取的超聲波。

真正的問題恐怕還不在于這類東西能不能實(shí)現(xiàn)，而是在于怎樣實(shí)現(xiàn)、何時(shí)實(shí)現(xiàn)。我們將需要在材料科學(xué)、電池化學(xué)、分子生物學(xué)、組織工程和神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域取得多少進(jìn)步？這些進(jìn)步需要10年、20年、30年甚至更久才能實(shí)現(xiàn)嗎？正如馬哈比茲在一封電子郵件里所說，一旦植入設(shè)備“可在健康成年人身上‘穩(wěn)定一輩子’，很多嚴(yán)重殘疾……可能會(huì)慢慢地變得能夠治療”。對(duì)于幾百萬上千萬的病人來說，神經(jīng)植入設(shè)備可能具有絕對(duì)的革命性。

假設(shè)我們能夠清除這些生物工程障礙，下一個(gè)挑戰(zhàn)將是如何解讀構(gòu)成大腦的1，000億個(gè)微小神經(jīng)細(xì)胞發(fā)出的復(fù)雜信息。我們已經(jīng)能夠以有限的方式做到一些。

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一名男孩戴著用于聽覺障礙患者的人工耳蝸。另一部分通過手術(shù)方式植入皮膚以下。

根據(jù)以前幾十年在靈長(zhǎng)類動(dòng)物身上做的研究，布朗大學(xué)（Brown University）的約翰?多諾格（John Donoghue）和他的同事發(fā)明了一個(gè)名叫“腦門”（BrainGate）的系統(tǒng)。借助于這個(gè)系統(tǒng)，完全癱瘓的病人可以用他們的意念控制設(shè)備?！澳X門”的運(yùn)作原理是將一個(gè)覆蓋著100根左右針一樣的電線的小芯片——一把高科技刷子——植入新皮層中控制運(yùn)動(dòng)的部分。這些動(dòng)作信號(hào)被輸入一臺(tái)外部計(jì)算機(jī)，并被計(jì)算機(jī)解碼，一直傳遞到外部機(jī)器人設(shè)備上。

將近10年以前，這套系統(tǒng)被一個(gè)四肢癱瘓的病人用來控制一只義肢。最近在YouTube上一段展示這項(xiàng)技術(shù)各種應(yīng)用可能的視頻中，幾年之前因?yàn)槟X干中風(fēng)而癱瘓的凱西?哈欽森（Cathy Hutchinson）只靠她的大腦和一個(gè)“讀心”（部分思維）的神經(jīng)植入設(shè)備操縱機(jī)器人手臂，成功地從一個(gè)瓶子里喝到了咖啡。

目前來看，如此操縱機(jī)器人手臂顯得笨拙而又費(fèi)力，就像開著一條巨大的駁船或一輛跑偏的車一樣?？紤]到神經(jīng)科學(xué)的現(xiàn)狀，就算是我們最優(yōu)秀的神經(jīng)科學(xué)家，也只能像透過一片昏暗的玻璃一樣研讀大腦活動(dòng)：掌握了要點(diǎn)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上理解了細(xì)節(jié)。

事實(shí)上我們目前并不知道人腦是怎樣完成一些最基本任務(wù)的，比如把接網(wǎng)球的模糊愿意轉(zhuǎn)化成嚴(yán)格編排的指令洪流，進(jìn)而一氣呵成地執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作。沒有哪個(gè)嚴(yán)肅的神經(jīng)科學(xué)家可以聲稱擁有一臺(tái)已經(jīng)做好商業(yè)化準(zhǔn)備、準(zhǔn)確程度或反應(yīng)速度趕得上電腦鍵盤一丁點(diǎn)的讀心設(shè)備。

在理解神經(jīng)密碼方面，我們還有很長(zhǎng)的路要走。所以美國(guó)總統(tǒng)巴拉克?奧巴馬（Barack Obama）去年公布的聯(lián)邦資助項(xiàng)目“BRAIN Initiative”（全稱：通過創(chuàng)新神經(jīng)科技進(jìn)行大腦研究之行動(dòng)）才顯得如此重要。我們需要用更好的工具來傾聽大腦，用更精確的工具來將信息傳回大腦，還需要更加詳盡地理解各種各樣的神經(jīng)細(xì)胞，以及它們是怎樣組合成復(fù)雜回路的。

成像粗糙的腦核磁共振圖像近些年變得非常流行，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。首先這些影像是間接的；它們測(cè)量的不是電波活動(dòng)、而是局部血液流動(dòng)的變化，充其量也就是一個(gè)不完美的替身。功能性核磁共振成像的分辨率也不足以讓我們真正掌握神經(jīng)密碼。腦部掃描過程中形成的每一個(gè)三維像素都包含50萬到100萬個(gè)神經(jīng)細(xì)胞。我們真正需要的是能夠抵近觀察每一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞。

進(jìn)一步放大觀察至關(guān)重要，因?yàn)闃?gòu)成知覺、記憶和意識(shí)的“原子”不是腦部區(qū)域，而是神經(jīng)細(xì)胞，甚至是更加精細(xì)的元素?；瘜W(xué)家在認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)（幾乎）全是電子在原子中間建立、打破化學(xué)鍵的時(shí)候，便把化學(xué)變成了一門定量科學(xué)。神經(jīng)科學(xué)家想在研究大腦的過程中實(shí)現(xiàn)同樣的目標(biāo)。到達(dá)到這個(gè)目標(biāo)前，腦部植入設(shè)備將只能按照整片森林的邏輯來運(yùn)作，而缺乏對(duì)一棵棵樹木的理解。

這方面最有希望的工具之一是最近開發(fā)出來的一項(xiàng)名叫光遺傳學(xué)的技術(shù)。它挾持神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子機(jī)關(guān)，從而直接操縱大腦的回路。這樣一來，任何一組擁有獨(dú)特遺傳編碼的神經(jīng)細(xì)胞都可以用不同顏色光線的短暫脈沖以無可匹敵的精度打開或關(guān)閉，從而在事實(shí)上把大腦變成一架可以彈奏的鋼琴。這種分子生物學(xué)與光學(xué)、電子學(xué)的奇幻聯(lián)姻已經(jīng)在被用于打造成年盲人使用的先進(jìn)人工視網(wǎng)膜。它在整個(gè)神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域掀起了革命。

假以時(shí)日，分子生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和材料科學(xué)的進(jìn)步幾乎肯定會(huì)帶來更加微小、更加聰明、更加穩(wěn)定、更有能效的植入設(shè)備。這些設(shè)備將能夠直接解讀大腦內(nèi)部電波活動(dòng)的風(fēng)暴。目前來看，這些都是抽象概念，是人們?cè)跁鴪?bào)上讀到但不太可能親身體驗(yàn)的一種東西。但這種情況有朝一日將會(huì)改變。

想想乳房手術(shù)等醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展軌跡吧。雖然它最初是用于乳房切除術(shù)后的重建和先天缺陷的矯正，但隆胸和拉皮、整腹等其他美容手術(shù)已經(jīng)成了家常便飯。這些手術(shù)可靠、有效、便宜，對(duì)于社會(huì)上很多人都有吸引力，而不只限于富人和名流。

神經(jīng)植入設(shè)備終將不只是用于癱瘓、失明或失憶等嚴(yán)重疾病。它們將被病情不那么嚴(yán)重的人們采用。當(dāng)技術(shù)的進(jìn)步達(dá)到足夠程度時(shí)，植入設(shè)備將從嚴(yán)格以修復(fù)為目的提升為增加健全人或“正常人”的表現(xiàn)。它們將被用于提高記憶力、注意力（相當(dāng)于沒有副作用的利他林）、感知力和改善情緒（拜拜，百憂解（Prozac））。

第一代電子植入設(shè)備將會(huì)被很多人抵制。會(huì)有失敗，和醫(yī)學(xué)上的許多進(jìn)步一樣，也會(huì)有死亡。但要認(rèn)為這些產(chǎn)品賣不出就會(huì)略顯幼稚。即便是現(xiàn)在，也有很多父母愿意讓他們的孩子在重要考試之前服用阿德拉（Adderall）。對(duì)于很多人來說，成為“超級(jí)兒童”（至少是在大考期間保證連續(xù)數(shù)小時(shí)的鎮(zhèn)靜和專注）的誘惑是那么地難以抵擋。

即使父母?jìng)儾粸槟X部植入設(shè)備投錢，軍方也會(huì)。五角大樓尖端科技投資機(jī)構(gòu)“Darpa”有一個(gè)正在開展的項(xiàng)目，已經(jīng)在支持用于幫助戰(zhàn)傷軍人改善記憶的腦部植入設(shè)備的研發(fā)。誰會(huì)指責(zé)一位希望戰(zhàn)士擁有超常專注力、完美地圖記憶力、連續(xù)好幾天不需要睡覺的將領(lǐng)？（當(dāng)然，間諜可能也很想竊聽這樣一名戰(zhàn)士的大腦，黑客也可能想入侵它。安全將會(huì)極端重要，加密也會(huì)必不可少。）

通過心理練習(xí)的自動(dòng)化，初期一代的改善型植入設(shè)備或許有助于提高明星高爾夫球手的揮桿動(dòng)作。之后一代或許會(huì)使周末打高爾夫的人能完全略過練習(xí)。一旦神經(jīng)學(xué)家想出怎樣對(duì)練習(xí)的最終結(jié)果做逆向工程，“神經(jīng)編譯器”或許就能夠把相當(dāng)于一年訓(xùn)練的結(jié)果直接裝入大腦，一勞而永逸。

這樣的事不會(huì)在下一個(gè)10年內(nèi)發(fā)生，之后的10年可能也都不會(huì)發(fā)生。但在本世紀(jì)結(jié)束之前，我們的計(jì)算機(jī)鍵盤和觸摸板將會(huì)顯得像一個(gè)笑話，就連谷歌眼鏡3.0也將顯得原始。當(dāng)你能夠把信息寫進(jìn)大腦、可以直接解讀的時(shí)候，為什么還要把信息投射到眼睛（還會(huì)遮擋你的一部分視野）上去？為什么要讓計(jì)算機(jī)等著你說出或鍵入你想要表達(dá)的東西，而不是讓它在你還沒能夠表達(dá)出來的時(shí)候就能想到到你的需要？

到本世紀(jì)末，可能還會(huì)更早，市面上曾經(jīng)賣過的所有輸入設(shè)備都將過時(shí)。忘記高擋汽車生產(chǎn)商即將推出的、讓司機(jī)能夠在視線不遠(yuǎn)離道路的情況下查看數(shù)據(jù)的“抬頭顯示器”吧。到本世紀(jì)末，很多人將從頭到腳地直接與云端相連。

這些設(shè)備會(huì)不會(huì)讓我們整個(gè)社會(huì)變得更加幸福、更加和平、更有效率？它們可能會(huì)造就一個(gè)怎樣的世界？

無法預(yù)測(cè)。但是，可預(yù)測(cè)或合人心意都不是未來的本職。正如美國(guó)前總統(tǒng)羅納德?里根（Ronald Reagan）曾經(jīng)說過的，“未來不屬于膽小怕事的人，它屬于勇敢的人”。

膽大的人，愿意讓自己享受神經(jīng)義肢好處、愿意承擔(dān)與之相伴的風(fēng)險(xiǎn)，他們將在爭(zhēng)奪就業(yè)和生活伴侶的日常競(jìng)爭(zhēng)中、在科學(xué)領(lǐng)域、在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上、在真刀實(shí)槍的戰(zhàn)場(chǎng)上占據(jù)上風(fēng)。這些差別將以新的方式挑戰(zhàn)社會(huì)，并開啟超乎我們想象的各種可能性。

作者Gary Marcus是紐約大學(xué)（New York University）心理學(xué)教授，常為《紐約客》（New Yorker）撰寫科學(xué)技術(shù)方面的博客。Christof Koch是西雅圖艾倫腦科學(xué)研究所（Allen Institute for Brain Science）首席科學(xué)家。