2014年的巴西世界杯開(kāi)幕式上，一名高位截癱患者通過(guò)他穿戴的可控制大腦的機械外骨骼，為世界杯開(kāi)出第一球。此事在世界各地廣為流傳，并被視為機器控制人腦的里程碑。人腦-計算機交互接口(BCI)，這種實(shí)現人腦與電腦或假肢等外部設備直接交流的研究，在最近幾十年里已有了長(cháng)足發(fā)展。然而令人難以想象的是，美國神經(jīng)學(xué)家PhilKennedy為了取得研究數據，竟然選擇自己躺到手術(shù)臺上，讓一位神經(jīng)外科醫師鋸開(kāi)他的頭骨，植入電極......

　　半機器人之父

　　2014年，67歲的神經(jīng)外科醫師和發(fā)明家Kennedy選擇在自己身上做了一項史無(wú)前例的試驗。他花了2.5萬(wàn)美元雇傭中美洲一位外科醫師在他的大腦中植入電極以便在他大腦的運動(dòng)皮層和電腦之間建立聯(lián)系。

　　與該領(lǐng)域的幾個(gè)先驅科學(xué)家一起，Kennedy在20世紀90年代研發(fā)了“侵入式”人腦-計算機接口，即在大腦中植入線(xiàn)路并將其與電腦連接，他曾經(jīng)讓一位因患有閉鎖綜合征而嚴重癱瘓的病人利用她的大腦控制電腦中的光標而廣受稱(chēng)贊。甚至有雜志稱(chēng)他為“半機器人之父”。

　　Kennedy的研究是為了建造一個(gè)語(yǔ)音解碼器，這是一種能夠把人想象自己說(shuō)話(huà)時(shí)產(chǎn)生的神經(jīng)信號進(jìn)行翻譯，并通過(guò)語(yǔ)音合成器輸出的軟件。該項目由他的小公司NeuralSignals負責，但工作卻停滯不前。他沒(méi)辦法找到研究對象，贊助資金也近乎于無(wú)，更為雪上加霜的是他失去了美國食品與藥物管理局(FDA)的支持。

　　因此2014年6月，他決定自己來(lái)當研究對象。他說(shuō)“到目前為止整個(gè)研究已經(jīng)進(jìn)行了29年，如果我不做點(diǎn)什么，那么之前所有的努力都付諸東流了。我不希望它中途夭折，因此我決定冒險一試。”

　　2015年秋天，Kennedy在芝加哥美國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì )上呈現了利用他自己的大腦研究出來(lái)的結果，業(yè)界同仁對他的舉動(dòng)即敬畏又擔憂(yōu)。以科學(xué)的名義在健康人身上做這種試驗(盡管試驗對象是他自己)違背了Kennedy的醫德。加州大學(xué)的神經(jīng)外科醫生EddieChang最近關(guān)于確定控制語(yǔ)言的大腦皮層區域的研究，對Kennedy的計算有所幫助。Chang表示：“我很高興他現在身體健康。我希望他真的收集到了一些很珍貴的數據。”

　 　電極植入

　　出生于愛(ài)爾蘭的Kennedy稱(chēng)，他在自己身上做實(shí)驗，一來(lái)是對無(wú)法獲取數據的沮喪，一來(lái)是被科學(xué)問(wèn)題所驅使。他年輕的時(shí)候就對大腦很著(zhù)迷，因此身為醫師的他又回到學(xué)校拿到了神經(jīng)科學(xué)的博士學(xué)位。20世紀80年代，他在喬治亞理工學(xué)院運營(yíng)著(zhù)一個(gè)實(shí)驗室，研發(fā)出一種由一對包裹在小玻璃錐里的金線(xiàn)組成的電極，并獲得專(zhuān)利。電極里的專(zhuān)利生長(cháng)因子能夠誘導附近的神經(jīng)元變成設備。

　　1996年，在動(dòng)物身上做過(guò)測試之后，FDA允許Kennedy將電極植入無(wú)法說(shuō)話(huà)或者移動(dòng)的閉鎖綜合征患者體內。他的第一位志愿者是一名特教老師，名叫Marjory。她同意在生命快要走到盡頭的時(shí)候做實(shí)驗。Marjory患有漸凍癥(ALS)，但她僅憑思維就能控制一個(gè)開(kāi)關(guān)。然而很遺憾，她的身體太過(guò)虛弱，在手術(shù)過(guò)后76天，她去世了。接著(zhù)，在1998年，53歲的越戰老兵JohnnyRay成為了第二名志愿者，他從昏迷中醒來(lái)之后意識清醒但沒(méi)辦法移動(dòng)除了眼皮以外的身體部位。

　　半機器人之父：為研究大腦，他切開(kāi)自己的頭顱

　　Kennedy曾親自督導過(guò)至少5名試驗對象的電極植入。他的團隊也發(fā)現，僅記錄幾個(gè)神經(jīng)元的信息，就可以使病人移動(dòng)電腦屏幕上的光標，并通過(guò)挑選菜單上的單詞或字母與人交流。

　　2004年，Kennedy將電極植入ErikRamsey的大腦中，這位志愿者因車(chē)禍導致腦干中風(fēng)，年僅16歲。憑借從Ramsey身上手機的數據，Kennedy與合作者于2009年和2011年在PLOSOne和FrontiersinNeuroscience雜志上發(fā)表了備受關(guān)注的論文。其中一篇論文向世人展示了軟件如何選擇Ramsey所想象的聲音，并允許他發(fā)出幾個(gè)簡(jiǎn)單單詞的讀音。但是，Ramsey最后因病重而無(wú)法繼續參與研究。

　　困難重重

　　當時(shí)，FDA撤回了對Kennedy繼續在任何病人身上使用該設備的許可。FDA開(kāi)始要求Kennedy提供更多安全數據，包括他用來(lái)誘導神經(jīng)元生長(cháng)的神經(jīng)營(yíng)養因子。但Kennedy拿不出數據，FDA也因此拒絕批準任何移植手術(shù)。

　　Kennedy并沒(méi)有完全接受FDA的決定(他至少帶了一名患者前往伯利茲進(jìn)行移植手術(shù))。他與殘疾人一起工作時(shí)也遇到了很多麻煩。閉鎖綜合征患者不能交流，只能時(shí)不時(shí)地咕噥或者眨眼，這給他的實(shí)驗帶來(lái)了不確定性。當某個(gè)給定的神經(jīng)元熄滅之后，他就再也無(wú)法確定病人想的是什么了。

　　Kennedy開(kāi)始確信，他的實(shí)驗如果要進(jìn)入下一階段，需要找到一位能說(shuō)話(huà)的志愿者。他花了幾乎一年時(shí)間尋找還能說(shuō)話(huà)的ALS志愿者，希望能帶著(zhù)病人去別的國家做手術(shù)。他說(shuō)：“我找不到這樣的志愿者。因此再三思索之后我決定自己來(lái)，這樣的想法其實(shí)已經(jīng)在我心中醞釀了多年。”

　　手術(shù)于2014年6月在伯利茲市立醫院13床進(jìn)行，這里是FDA管不到的地方。在登機前，Kennedy做好了所有的準備。在他的公司，他造好了將要植入大腦運動(dòng)皮層的電極，甚至選好了電極植入的部位，留好了手術(shù)失敗后能讓他撐幾個(gè)月的錢(qián)并確保他的大兒子能知道他身在何方。

　　親自上陣

　　在伯利茲市，手術(shù)進(jìn)行得并不順利。只要他的顱骨被鋸開(kāi)，他隨時(shí)都有可能與世長(cháng)辭(雖然幾率很小)。從第一場(chǎng)手術(shù)醒來(lái)之后，Kennedy失去了說(shuō)話(huà)的能力。醫生隨后解釋說(shuō)在歷時(shí)12小時(shí)的手術(shù)中他的血壓激增，導致大腦腫脹，Kennedy暫時(shí)癱瘓了。Kennedy表示：“我一點(diǎn)也不害怕。我知道發(fā)生了什么事情，是我設計了這場(chǎng)手術(shù)。”

　　手術(shù)的副作用很?chē)乐?，但Kennedy恢復了，并在幾個(gè)月后于伯利茲城進(jìn)行了長(cháng)達十小時(shí)的第二場(chǎng)手術(shù)。醫師在第二場(chǎng)手術(shù)中給他植入了電子元件，這樣他就能從自己的大腦中收集數據。

　　手術(shù)過(guò)程中

　　Kennedy的壯舉令他以前的病人敬佩不已。DavidJane是一個(gè)ALS患者，21世紀初由Kennedy的團隊進(jìn)行了移植手術(shù)。他在郵件里表示：Kennedy居然能用自己做實(shí)驗，太讓人崇敬了。

　　然而對于某些研究人員來(lái)說(shuō)，Kennedy的決定算不上明智，甚至有些不道德。當然，醫療界也有一些在自己身上做實(shí)驗且很成功的例子。1984年，澳大利亞醫生BarryMarshall為了證明細菌會(huì )引起胃潰瘍，自己喝了一大杯含有細菌的水，后來(lái)他獲得了諾貝爾獎。紐約瓦茲沃斯中心的人腦-計算機接口研究員JonathanWolpaw表示：“醫學(xué)科學(xué)家在自己身上做實(shí)驗的傳統由來(lái)已久，有些人得到了好結果，然而并非所有人都這么幸運。在了解有限的情況下我只能這么說(shuō)。”

　　回到喬治亞州德盧斯之后，Kennedy開(kāi)始獨自一人在語(yǔ)音實(shí)驗室里工作，他在自己大聲重復29個(gè)音素(比如e、eh、a、o、u和ch、j之類(lèi)的輔音)時(shí)記下神經(jīng)元數據；之后又默念著(zhù)這些，再次記下相關(guān)神經(jīng)元數據。在重復接下來(lái)的290個(gè)短單詞(比如Dale和plum)中，他做了同樣的事情。他還說(shuō)了一些類(lèi)似于“Hello，world”“Whichprivatefirm”和“Thejoyofajogmakesaboysaywow”之類(lèi)的短語(yǔ)。

　　Kennedy的早期研究結果令人為之一振。他發(fā)現在大聲朗讀特定聲音時(shí)，他所記錄的65個(gè)神經(jīng)元總是以特定組合表現出來(lái)。而在他默念這些聲音時(shí)，也會(huì )出現同樣的組合。這很可能是研發(fā)思維語(yǔ)音解碼器的關(guān)鍵。美國加州大學(xué)舊金山分校的Chang也從事著(zhù)相關(guān)研究，他將電極布置在大腦外，但收集到的數據與Kennedy相比則粗糙很多。

　　唯一令人失望的是，Kennedy原本設想電極能在他的大腦中多待幾年，但由于他頭骨的裂縫并未完全閉合，導致他隨時(shí)都面臨著(zhù)危險。收集了幾周數據之后，2015年1月Kennedy不得不要求醫生將植入物取出，這花費了他9.4萬(wàn)美元。Kennedy將賬單提交到保險公司要求索賠，保險公司給了他1.5萬(wàn)美元。

　　Kennedy將此次試驗受挫歸咎于電極設計得太大，以及非常規的電極植入角度。本以為這樣可以更好地開(kāi)展工作，后來(lái)才發(fā)現這是個(gè)錯誤決定。他說(shuō)：“我僥幸成功了，所以我還是很開(kāi)心。手術(shù)過(guò)后我的頭上有一些皮外傷，但我收集到了為期四周的數據。這些數據夠我研究一陣子的了。”

　　領(lǐng)域進(jìn)展

　　對于失去行動(dòng)能力和感知功能的截癱患者而言，簡(jiǎn)單的溝通都會(huì )非常困難。我們知道，理論物理學(xué)家StephenHawking所配備的裝置依賴(lài)于面部肌肉的運動(dòng)，并非直接與腦部相連。對于完全喪失行為能力的患者而言，這點(diǎn)小動(dòng)作都是難以完成的。

　　最新人腦控制的裝備主要通過(guò)兩種方式工作：要么戴上一頂腦電圖(EEG)帽子，通過(guò)放置在頭皮上的電極探測神經(jīng)活動(dòng)；要么直接在大腦中植入設備。解碼器將這些神經(jīng)信號翻譯成移動(dòng)電腦光標及假肢的指令。BrainGate曾研發(fā)出一種設備，由一排微小的電極組成，需移植入運動(dòng)皮層——這是大腦主要負責自主運動(dòng)的區域?；颊呖赏ㄟ^(guò)意念來(lái)移動(dòng)光標，從而在屏幕上書(shū)寫(xiě)。這些裝置的主要問(wèn)題在于解碼器需要隨時(shí)校準，以便精確評估個(gè)體的行動(dòng)意圖。要知道，神經(jīng)信號總是在變化的。

　　另外，植入式設備容易引發(fā)感染，而且對于想自由移動(dòng)的患者而言并不實(shí)用。為了解決這些問(wèn)題，布朗大學(xué)神經(jīng)學(xué)工程師ArtoNurmikko的團隊參與開(kāi)發(fā)了無(wú)線(xiàn)設備，并已經(jīng)在猴子身上進(jìn)行了測試。這種微電子設備不需要從頭部接入電纜線(xiàn)，而是被植入皮膚下，其中包括很微小的無(wú)線(xiàn)通訊裝置。Nurmikko表示，該設備能以每秒100兆字節的速度傳輸信號，這對于家用網(wǎng)絡(luò )連接而言算是不錯的速度，但對于儲存有億萬(wàn)字節數據的大腦而言，僅僅是其中一部分。這一接口完全植入頭蓋骨之下，因為平時(shí)不需要穿透皮層與外界相連，這能夠大幅減少感染的可能性。