在电影《黑客帝国》的开场中，一列列奇怪的键盘字符从老式的单色电脑屏幕上滚落下来。它们代表着被剥开的数字体验帷幕，提醒我们，我们体验到的每一种味道、气味和颜色，在某种程度上都是一种欺骗——一个故事，由大脑在头骨安静的黑暗中逐字逐句地计算出来。我们不需要特殊的硬件来进入“黑客帝国”。我们只需要理解我们被赋予的特殊硬件：我们的大脑。
我们无法像《黑客帝国》那样随心所欲地改变体验的原因是，我们并不真正理解神经密码。大脑没有像艾伦·图灵这样的人物，可以研究任意的大脑活动模式，然后说：“现在正在体验一只米色猫的图像。”神经科学家知道，感官体验的具体内容与大脑活动的时间和/或空间模式有关。但当付诸实践，即使是最基本的机制问题，我们的无知也很快显现出来。如果几个脑细胞提前半秒放电，你还会看到那只米色猫吗？如果又有三个细胞快速连续放电呢？面对这些问题，神经科学家所能做的只是耸耸肩，并对密码、模式以及时间可能的重要性做出一些笼统的说法。但是纽约大学的德米特里·林伯格和他的研究小组可能刚刚揭示了一个部分答案。
在最近一篇引人入胜的论文中，研究人员使用精确控制的光点，直接将一种幻嗅插入到小鼠的嗅觉大脑中心，完全绕过了鼻子。他们还能够系统地调整这种模式，并测试动物的体验如何变化。这项研究是迄今为止在“体验入侵”方面最胆大和最系统的努力之一。
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植入一种特定的、可重复的、易于调整且完全合成的知觉绝非易事。为了做到这一点，林伯格和他的同事使用了基因改造的小鼠，这些小鼠的嗅觉神经元中偷偷植入了一种光敏视紫红质蛋白。当光线照射到这些经过改造的神经元时，会引发神经活动——短暂的电“尖峰”，这是神经系统的基本语言——其时间可以被精确控制。由于大脑中处理来自鼻子的感觉信息的部分恰好位于头骨表面附近，研究人员能够跳过鼻子，写入他们自己设计的人工气味。通过直接刺激嗅觉大脑，该团队基本上可以完全控制哪些细胞被激活，它们的排列方式以及何时被激活。科学家们通过拨动一个简单的灯光开关，创造了定制的气味。
大多数自然气味会在大脑中引起广泛且时间复杂的活动。然而，为了探测和入侵神经密码，研究人员选择了一种适度且易于管理的模式，即六个小点，随机分布并依次刺激——一段持续约三分之一秒的六音符神经元旋律。小鼠永远无法确切地告诉我们，但这种“音符”模式大概对它们来说闻起来像某种东西，因为它能够与其他气味以及行为测试中的其他六音符模式区分开来。
在实验的关键部分，小鼠玩了一个“找出差异”的游戏。由于它们首先被训练成仅对原始的六音符模板表现出舔舐行为，实验人员可以测量当模式被调整时舔舐行为持续的程度——从而衡量小鼠被这种变化欺骗的程度。如果一个特定的变化——例如，仅仅遗漏了合奏中的第一个音符——能够被轻易且可靠地检测到，那么这就表明该音符对体验至关重要。相反，例如，如果改变第六个神经元音符的身份没有被注意到，那么它对体验的影响就较小。与早期工作（其中大部分由林伯格小组完成）一致，早期的神经元音符往往比后期的音符包含更多信息，对感知更重要。更普遍地说，神经活动的确切时间被发现是气味编码的关键变量，这与一些有影响力的模型相矛盾，这些模型认为大脑会忽略精细的时间差异。大脑似乎关心将其音符排序成旋律模式——而不仅仅是将它们听作堆叠的和弦。
关于神经编码的想法最初是从通信系统和计算机的研究发展而来的，这意味着它们往往非常抽象，并以理想化的“门”、“节点”和“通道”来构建。虽然关于大脑中信息的存储、表示和路由的高级理论建议不乏其人，但它们在血肉之躯和行为领域中很难进行测试。鉴于这种情况，对理论范式的支持通常基于间接的和相关的证据，即使它是高度暗示性的，并且与数字计算机中观察到的过程非常相似。林伯格团队范式的妙处在于，它如此容易地使抽象变得可测试（至少在嗅觉编码的背景下是这样）。
以“条形码”表示的理论建议为例，即使神经活动模式发生最细微的变化——例如，单个细胞未能放电——也会导致完全不同的感官体验。如果这种假设的高度挑剔的编码方案实际上被大脑使用，那么对原始六音符模板模式的单个小调整应该与完全新的模式一样容易被注意到。事实上，研究人员发现的结果几乎相反。就像旋律中的一个跑调的音符不会使其完全无法识别一样，原始气味“旋律”的一个稍微调整过的音符只会稍微改变小鼠的体验。重要的是，随着更多“错误的音符”被故意添加，它们对体验产生了简单的累加效应（至少，根据动物区分气味的能力来衡量）。也许最令人印象深刻的是，该团队将这种关于密码线性的观察结果纳入了一个统计模型，该模型准确地预测了小鼠对六音符模式任意打乱的行为反应。
这篇论文以前所未有的精细程度审视了在大脑中，是什么使给定的体验成为那种特定的体验。答案，至少在嗅觉的背景下，带有一种人文主义色彩：体验是时间和许多细微之处的总和。目前尚不清楚这些结果在嗅觉或更广泛的感觉之外的普遍性如何。不同的脑区有不同的计算目标和约束，因此谈论该器官的各种密码可能比谈论某种单一的通用密码更准确。我们对于如何刺激大脑来烹制预先选择的复杂感知体验也仍然大多一无所知。林伯格和他的同事们的工作非常有策略地只询问了事物相对于起始模板闻起来如何。就目前而言，“黑客帝国”仍然遥遥无期。但是，如果我们要在遥远的将来实现全面的类“黑客帝国”模拟，这项研究将是一个重要的早期里程碑。