生命科學

駭入大腦

腦機界面科技可以發展到什麼程度?有一天我們能將人腦當做大容量的硬碟,直接輸入部落格最新內容或棒球比賽的精彩片段嗎?

撰文/斯蒂克斯(Gary Stix)
翻譯/涂可欣
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生命科學

駭入大腦

腦機界面科技可以發展到什麼程度?有一天我們能將人腦當做大容量的硬碟,直接輸入部落格最新內容或棒球比賽的精彩片段嗎?

撰文/斯蒂克斯(Gary Stix)
翻譯/涂可欣
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1980年代興起的電腦科幻小說,經常耍弄可直接連結人腦和電腦的「神經移植」科技,例如在改編自吉布森(William Gibson)的小說、很快就被人遺忘的電影「捍衛機密」裡,基努李維飾演的主角曾說:「我剛存了數億位元組到我的腦子裡。」(當時,單是百萬位元組就夠令人驚歎了!)


這類新興文學題材的特點是,喜歡將復古的下階層文化和看來略超越當時最先進的生物醫學工程科技並置。儘管美國麻省理工學院或加州理工學院都還無法做出這樣的科技,但高竿的電腦科幻小說家卻能讓人信以為真,彷彿這些發明可能在我們有生之年實現。


然而過去10年間,有一些最早由科幻小說家提出、較接近現實的科技被實現了。例如,將電極植入腦內,以神經信號來控制電子義肢,為後來肌肉萎縮或中風的肢體癱瘓患者的治療奠定了基礎,科學家正研究如何將電子訊號傳回大腦,好讓靈長類動物也能感受義肢的觸覺。


這些替代腦或其他神經系統構造的人工器官,能發展到什麼程度?除了用來控制電腦游標或義肢外,有朝一日,新科技能否讓腦部上千億個神經元成為竊取工業機密的秘密儲存中心,或執行如科幻小說家吉布森在書中所描繪的其他任務?


人腦變電腦?

今日的好萊塢編劇和未來學家繼承了科幻小說的傳統,雖然技巧較拙劣,但也都熱情擁抱神經科技。預定於今年發行的電影「奇點迫近」,就是根據電腦科學家科茲威爾(Ray Kurzweil)的概念拍攝而成,他假設人類最終可將自己腦中的數位藍圖轉移到電腦或機器人上,而達到一種不朽的形式。


然而,要像電視劇「雙面麥斯」般永遠存活在一台電視機裡(或可以複製、上傳到最新型的人形機器人上),就和17世紀笛卡兒的身心二元論一樣不可思議。要將人們對日出時天邊一抹朝霞的感受、內心經常轉變的情緒,以及融合經驗與情緒後對這世界產生的獨特個人觀感?那些構成人生精髓的自我意識,整批轉移到機器上,仍是小說家筆下的把戲。


此外,以意念控制義肢的實驗受到的大肆宣傳,也掩蓋了事實。對於神經如何運作,好讓資訊傳回大腦以創造真實的「駭入經驗」,我們仍非常缺乏相關知識。加州理工學院神經科學家安德森(Richard A. Andersen)說:「我們對高層認知使用的大腦線路,所知非常有限。」


那麼在現實世界中,人腦與機器的交流能做到什麼地步?從最早的腦電圖到人腦控制義肢與游標,是否顯示這正朝著明確必然的方向前進,就算未達科茲威爾的「奇點」,仍能將一些高層認知資訊輸入大腦?我們有沒有可能將《戰爭與和平》整部小說或直升機駕駛手冊直接下載到大腦(後者就像「駭客任務」的情節)?還是讓人們無意識地將「看見小花跑來」這句話,甚至只有「看」字銘印在記憶中?


雖然有人會辯說買副眼鏡,用傳統老辦法豈不更容易?然而這些問題並不全然不切實際。即使將資訊源源不絕輸入大腦皮質永遠只是科幻小說裡的杜撰,但了解光子、聲波、氣味分子和施在皮膚上的壓力如何轉換成持久的記憶,絕不只是為了娛樂,運用這些知識設計出來的神經輔助裝置,將可幫助中風或阿茲海默症患者形成新的記憶。


現在有數千名失聰或重度聽障者的頭顱內已裝了駭入裝置的原型:人工電子耳,電子耳的麥克風收到聲音會刺激聽覺神經。美國加州大學聖巴巴拉分校神經科學家葛詹尼加(Michael S. Gazzaniga)就認為,人工電子耳是第一個成功的人類神經輔助儀器。此外也有實驗室正在研發以電極陣列做為人工視網膜,如果成功的話,或許還能進一步改良,讓人類也擁有夜視能力。


至於具野心的目標,像是直接讓大腦中的海馬(hippocampus,與記憶形成有關)接上亞馬遜網路書店,則因為所需科技尚未誕生而難以實現,它需要建立神經元和腦外世界的可靠聯繫管道,還需要能把數位版的《戰爭與和平》翻譯成神經元彼此溝通時使用的語言。如何達成這些目標,我們可以從最先進的腦機界面研究獲得一些粗淺的認識。


四肢癱瘓而坐在椅子上的病患,戴上可接收腦波的特製電極帽,就可穿越電腦中的虛擬街道





建立神經元與外界的連線

要將文句輸入腦部,必須考慮是否要把電極直接植入腦組織中,但除非是治療殘障者,這類神經移植對一般人是不適宜的。科學家在一個世紀前就已經知道,不需打開頭顱就可以在腦外測得電生理活動訊號。現在有種看起來像泳帽、外面佈滿電極的裝置,可傳送癱瘓者腦部的訊號,以此驅動電腦解讀處理,而於螢幕上打出英文字母或瀏覽網頁。德國杜賓根大學的柏包默(Niels Birbaumer)是這項科技的主要開發者,他認為我們可以在腦外利用磁信號來試探刺激皮質,並以電極帽記錄有哪些神經元活化,或許可以找出「看」或「跑」這些字儲存的位置,理論上,一旦找到這些區域後,就可以再度活化它們來喚醒那些記憶。


有些神經科技學家認為,如果特定字詞確實是儲存在腦部某個地方(此點還有爭議),要找出它們的位置可能需要準確度比現有的電極帽還要高出許多的儀器。有一個實驗中的植入式儀器可能可達到定位所需的精準度:神經信號公司的甘迺迪(Philip R. Kennedy)設計了一套可記錄神經元輸出信號的裝置,能幫助中風病患透過意念發出信號,經電腦詮釋出該信號代表的意義後(例如母音),用語音合成器發聲。這類腦機界面朝讓機器說出完整字詞的夢想又近了一步,未來也可用來活化個別神經元。


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2009年第85期3月號】