节选自《超越界限：大脑与机器连接的新神经科学——以及它将如何改变我们的生活》，作者：米格尔·尼科莱利斯。将于3月15日由时代图书公司（Henry Holt and Company, LLC. 的一个 подразделение）安排出版。版权所有 © 2011 Miguel Nicolelis。
在过去的三十年中，几乎每次我的科学手稿从强制性的同行评审过程中返回时，我都不得不应对不可避免的建议，即应该从论文中删除所有关于我们接口大脑和机器能力的推测性想法。通常，在发表前审查这些论文的其他神经科学家不希望接受这种研究可能在未来为更大胆的科学梦想提供支持的观点。在那些痛苦的清算过程中，我会幻想有一天我可以拯救这些推测性的想法，并将它们解放出来供其他人思考和反思。我们在实验室取得的进展意味着告诉其他人的时机终于到来了。
当我对学术界的极端保守文化进行斗争时，许多科幻小说作家和电影导演一直在毫无保留地进行推测，有时甚至过度沉迷于他们丰富的想象力。仅在 2009 年，好莱坞就推出了两部巨制，《 surrogates》（《替身》）和《Avatar》（《阿凡达》），描绘了科学家们用他们的技术魔法控制、伤害、杀戮和征服人们的刻板印象。在这些电影中，脑机接口允许人类通过代理生活、爱和战斗。他们的全身化身被留下来做漫游宇宙的苦差事，在某些情况下，还代表他们的人类主人试图消灭整个外星种族。
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让我对即将到来的机器时代提出另一种看法。在长期努力工作和思考脑电波控制机器人（通常称为脑机接口）的影响后，我看到一个充满坦率乐观和热切期待的未来，而不是一个充满悲观和灾难的未来。也许是因为对这个未来的真实维度知之甚少，我感到一种强烈的召唤，去拥抱将我们的大脑从陆地身体的限制中解放出来可能给我们的物种带来的惊人机会。事实上，鉴于脑机接口研究有望释放出巨大的人文前景，我不知道有人怎么会不这样想。
通过这种将人类大脑从身体施加的物理约束中“解放”出来的方式，残疾人可能会从轮椅上站起来。但这还不是全部。神经社交网络的时代正在逼近。忘记短信和 Twitter 吧。在这个以大脑为中心的未来，您或许能够直接与隔壁办公室的同事或新媒体（我称之为脑网络）中的数百万粉丝进行脑对脑的交流。Flickr 将成为古老的历史。您脑海中玫瑰色的黎明或家乡球队赢得世界大赛的心理图像将通过射频脑电波直接传送到袖珍拍字节驱动器中。*
我应该穿哪种机器人套装？
然而，目前关于将整个大脑下载或模拟到计算机中的设想永远不会实现。我们个性的本质——是什么让纳尔逊·曼德拉，比如说，如此特别的人——永远不会转移到硬盘驱动器上。但是，在啮齿动物、猴子和人类身上的实验表明，大脑可以直接在实验室环境中与机器连接。基于这些发现，我预见到一个激动人心的未来。
在未来二十年内，通过双向链接连接我们大脑大部分区域而构建的脑机接口，或许能够将人道主义带回那些屈服于破坏性神经系统疾病的人们。这些接口可能会开始恢复数百万无法再自行听、看、触摸、抓握、行走或说话的人的神经功能。这些人甚至可能实现通过脑电波单独对话的不可思议的任务。
我共同创立的国际研究联盟“再次行走项目”首次展示了这一未来。几年前，在我的团队证明了将活体脑组织连接到各种人造工具的可行性之后构思的该项目，旨在开发和实施第一个能够恢复严重身体瘫痪患者全身活动能力的脑机接口，无论瘫痪是脊髓外伤性损伤还是神经退行性疾病造成的。
为了实现这个目标，我们正在设计一种神经修复设备，该设备将允许瘫痪患者使用脑机接口来控制全身外骨骼的运动。这种“可穿戴机器人”将使患者能够自主控制上肢和下肢，并支撑和携带他们的身体。我们将这种神经工程壮举建立在神经生理学原理之上，这些原理是从我们对猕猴和许多其他动物进行的脑机接口实验中经验性地得出的。
在这些实验中，一只名叫奥罗拉的猴子学会了如何通过脑机接口传输她关于计算机光标应该定位在哪里的想法，这项技能变得像用操纵杆做同样的任务一样自然和流畅。然后，我们在患有晚期帕金森病的患者身上成功地进行了同样的实验。再后来，杜克大学我实验室的一只猴子学会了如何通过互联网将脑信号传输数千英里，以控制日本机器人的腿部运动。
现在，我们已经开始朝相反的方向发展，将直接信号传送到猴子的大脑皮层，让动物知道食物“奖励”在一个盒子里而不是另一个盒子里。我们的下一个努力将允许一只猴子将食物的位置传达给另一只猴子。新一代神经修复术将需要与外部世界进行双向通信。佩戴者的大脑不仅需要指示仿生脚登上楼梯的下一个台阶，还需要接收到假肢实际上已接触到坚硬表面的反馈，然后才能发出命令抬起另一只脚。
随着与外部世界的输入-输出链接就位，我们将站在仿生未来的门口。脑接口将与目前正在测试的最先进的机器人肢体融合。机器人手臂和腿将像乐高积木一样卡在生物合成的躯干上。这种机器人套装或外骨骼披在佩戴者无力的身体上，将与大脑皮层（大脑的主指挥中心）保持直接连接。
为了实现为残疾人设计的脑机接口外骨骼的愿景，我们将需要更先进的技术。这将需要新一代高密度微电极，这些电极可以安全地植入人脑，并可靠地长期同步记录分布在多个大脑位置的数万个神经元的电活动。事实上，为了使脑机接口在医学上实用且经济实惠，这些大规模的大脑活动记录必须保持稳定至少十年，而无需任何手术修复。
定制设计的神经芯片也将永久植入，这将使我们能够将大脑的电模式调节和处理成能够控制外骨骼的信号。为了降低感染和皮层损伤的风险，这些神经芯片将必须采用低功耗、多通道无线技术，能够将数千个单个脑细胞产生的集体信息传输到可穿戴处理单元，大约相当于现代手机的大小。该单元将负责运行大脑内部运作的计算模型，并旨在优化即时提取启动运动的脑电信号。
我们采样的神经元群体以输入到该脑机接口将分布在多个大脑区域。从大脑控制运动的部分提取的原始电信号中的数字信号将提示分布在机器人外骨骼关节上的运动部件移动。神经信号将与机器人骨架相互作用，以模拟人类脊髓的功能。这些命令将允许患者迈出一步又一步，减速或加速，弯腰或爬楼梯。与此同时，大脑和机器将在后台以无缝对话的方式继续相互发送和接收信息。这些技术将在脑信号和机器人反射之间建立持续的相互作用。
我还设想力传感器和拉伸传感器，分布在外骨骼各处，这将为人工触摸和本体感觉（感知套装的定位）生成连续的反馈信号流，以更新患者的大脑。微型电刺激器会将信号传递到皮层。或者，光学信号将激活直接部署到患者皮层中的光敏离子通道。根据我们之前在猴子身上进行的脑机接口实验室实验，我预计在几周的互动后，患者的大脑将完全将整个外骨骼纳入为该人身体形象的真实延伸。届时，患者将能够使用脑机接口控制的外骨骼在世界各地自由自主地移动。
神经应用程序的前景
如果我们掌握了允许人类利用大脑电活动与各种计算设备交互的技术，那么在几十年内会发生什么？从我们随身携带或可能携带在体内的微型个人电脑，到旨在调解我们的数字社交互动的远程分布式网络，我们的日常生活看起来和感觉都将与我们今天习惯的截然不同。
首先，与个人电脑的操作系统和软件进行交互可能会成为一种具身化的冒险，因为我们的大脑活动被用来抓取虚拟物体、触发程序、编写备忘录，以及最重要的是，与我们最喜欢的脑网络（在线社交网络的显着升级版）的其他成员自由交流。英特尔、谷歌和微软已经创建了自己的脑机部门这一事实表明，这个想法并非牵强附会。主要障碍：开发一种非侵入性方法来采样使此类脑机接口成为现实所需的大脑活动。我坚信，在未来 20 年内将找到解决方案。
届时，听起来不可思议的事情将变得司空见惯，因为增强型人类通过思想控制的化身和人造工具，在各种遥远的环境中感受到他们的存在。从海洋深处到超新星的边界，甚至到我们自己体内细胞内空间的微小裂缝，人类的触角最终将赶上我们物种探索未知的贪婪野心。正是在这种背景下，我设想我们的大脑最终将完成它们从它们居住了数百万年的过时陆地身体的史诗般的旅程，并通过使用双向的、思想驱动的接口，操作无数纳米工具，这些工具将在自然界创造的许多微小世界中充当我们的新眼睛、耳朵和双手。
在非常大的尺度上，我们很可能能够远程操作受控的使者和大使、各种形状和大小的机器人和飞艇，代表我们被派往探索宇宙遥远角落的其他行星和恒星，并能够将陌生的土地和风景放在我们的精神指尖。
随着我们探索的每一步，我们将继续吸收我们的后代为这些思想之旅创造的工具，作为自我的进一步延伸，定义一种看待世界的方式和一种与世界互动的方式，这种方式远远超出了我们今天可以想象的任何事物。这种想法给我带来了巨大的欣快感和敬畏感，这类似于 500 年前，一位葡萄牙水手在漫长而危及生命的旅程结束时，发现自己凝视着新世界明亮、沙质的海岸时可能经历的深刻情感。
如此彻底的大脑解放能否让我们模糊甚至消除曾经不可逾越的物理边界，这些边界定义了一个个体的人？在遥远的未来，我们是否有一天能够体验到成为有意识的大脑网络的一部分，一个集体思考的真正脑网络？假设这个脑网络成为现实，个别参与者是否不仅可以通过思考来相互交流，还可以生动地体验到他们的对应者所感受和感知到的东西，因为他们无缝地坚持这种真正的“心灵融合”？今天很少有人可能选择冒险进入这些未知的水域，但如果未来的世代有机会体验到如此令人难以置信的经历，他们将如何反应，这是不可能知道的。
接受所有这些惊人的场景都可能实际发生，并理所当然地认为，这种集体心灵融合可以被一致接受为未来几代人互动和分享他们人性的伦理方式，那么我们的这些后代是否会在某天早上醒来，并简单地意识到他们已经和平地孕育了一个不同的人类物种？我们的后代确实可能聚集建立功能性脑网络所需的技能、技术和伦理，这并非不可思议，脑网络是一种媒介，通过这种媒介，数十亿人通过思想一致同意建立与同胞的临时直接联系。
这种集体意识的庞然大物可能看起来或感觉如何，无论是我还是我们现在的任何人都不可能概念化。它可能会在我们意想不到的情况下，提供终极的人类感知体验：发现我们每个人都不是孤单的，我们最私密的想法、经历、痛苦、热情和渴望，正是定义我们为人类的原始物质，可以被我们数十亿的兄弟姐妹分享。
只需要稍微发挥一下想象力，就可以想到，在他们新获得的智慧中，我们的后代也可能决定跨越我们物种史诗般历史中的又一条卢比孔河，并努力记录他们的人类遗产的丰富性和多样性，以造福后代和宇宙的后代。我认为，只有通过保存每个人类生命故事不可替代的第一人称叙述，通过将我们的记忆转移到数字存储介质中，才能组装起如此无价的宝藏。这一行动将有助于保护我们短暂地停留在一个人头脑中的凡人存在的独特记录，在我们的生命结束时，这种记录无可挽回地丢失了，这是大自然罕见的浪费失误。
在我的职业生涯结束之前，我希望努力放飞梦想将有助于实现这一愿景——一个设想从今天的大脑控制计算机到最终的外骨骼，甚至可能是神经短信的轨迹。最终通过将我一直想表达数十年的回复播种到他听觉皮层中来回答一位爱挑剔的学术评论员，这将是我在科学战壕中的时光的一个有趣的尾声。
*勘误（2011年2月17日）：这句话指的是“袖珍拍字节驱动器”。正确的术语是“拍字节”。