“沃森先生，到这里来！” 亚历山大·格雷厄姆·贝尔在 138 年前通过电话说出了这些第一句话。随着这句话，他开创了电信革命，最终为我们带来了手机、互联网以及跨越各大洲的近乎瞬时的语音、文本和视频交流。
然而，言语可能是有限的。一些抽象的概念和情感可能难以用语言表达。某些残疾剥夺了人们充分的沟通能力，即使他们的思维在其他方面仍然完好无损。
神经工程师花费了数十年的时间来开发克服这些障碍的方法。被称为脑机接口 (BCI) 的技术现在开始允许瘫痪人士通过大脑信号来控制，例如，计算机光标或假肢。BCI 依赖于数据处理技术来提取一个人移动的意图，然后将该信息传递到他或她希望控制的设备。
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2010 年，我们中的一位（Rao）意识到：也许我们可以使用相同的原理将思想从一个人类大脑传输到另一个人类大脑。想象一下，如果一位老师可以直接将数学证明非语言地传达给您的大脑。或者，也许医学生可以直接从导师的头脑中学习复杂的外科手术技能。这些想法一直是科幻小说的主要内容，从《星际迷航》的瓦肯心灵融合到电影《阿凡达》中截瘫人类控制化身。在我们都在华盛顿大学工作期间的谈话中，我们意识到我们拥有构建这项技术的初步版本所需的所有设备。与其他科学家一起，我们现在正在学习绕过传统的沟通模式，直接在大脑之间交换思想。
心灵融合变为现实
我们的策略要旨是使用排列在一个人头皮上的电极来拾取脑电波，这是一种称为脑电图的技术。隐藏在神经中枢中的是表明一个人在想什么的信号。我们将专注于提取这样一种模式，然后通过互联网将其发送给第二个人。该信号将指示如何电刺激接收者的大脑。由于神经元通过电进行通信，我们可以通过施加电流或磁场等技巧来策略性地影响它们的信息传递。简而言之，我们将使用一个人的大脑数据来在另一个人身上产生特定的神经活动模式。
当我们最终尝试我们的设计时，另外两个神经科学家团队也已经在两个大脑之间直接传输了信号，尽管不是在两个人之间。到目前为止的实验，包括我们的实验，都是简单的概念验证：一名参与者被指定为发送者，另一名受试者为接收者。最终，我们希望在两个方向上发送和接收信息，但我们相信，下一步的挑战是可以克服的。
杜克大学的米格尔·尼科莱利斯和他的团队是第一个展示脑对脑信息传递的团队。2013 年初，他们发表了一项实验，其中简单的信息在不同大陆的两只大鼠之间传输。同年晚些时候，另一项涉及人类作为发送者的实验发表。在其中，六名佩戴脑电图 (EEG) 耳机的人每人与一只麻醉的大鼠配对。哈佛医学院的 Seung-Schik Yoo 和他的合作者使用了一种新兴技术，该技术通过颅骨将高度集中的超声能量传递到大脑的特定区域。当参与者决定移动大鼠的尾巴时，该人相应的脑活动触发了进入啮齿动物大脑的超声脉冲。350 千赫的声压脉冲瞄准了大鼠的运动皮层，该皮层控制运动。大约两秒钟后，啮齿动物的尾巴抬起然后落下。
用神经元发射大炮
与 Yoo 的努力类似，我们的实验也使用了脑电图 (EEG) 来识别控制信号。Rao 实验室在从脑电图 (EEG) 信号中提取意图方面拥有多年的经验，因此这是一个自然的起点。一旦计算机解码了神经信息，主要问题就变成如何传递它。有点偶然的是，我们中的一位（Stocco）和我们的同事 Chantel Prat 正在研究经颅磁刺激 (TMS)，这项技术已获得食品和药物管理局的批准，用于治疗重度抑郁症。这种方法依赖于磁场脉冲来诱导接收者大脑特定区域的神经元放电。
为了传递脉冲，您需要将一个绝缘金属线圈放在人的头部旁边。当电流放电到线圈中时，会在靠近线圈区域的神经元周围形成磁场。当电流停止运行时，磁场消失。磁场的突然上升和下降会在被该磁场吞没的神经元中感应出微小的电流，使其更有可能放电。当它们放电时，一系列连接的神经元也会被激活。
根据您放置线圈的位置和配置磁场的方式，您还可以诱发非自愿运动。我们意识到我们可以使用这项技术通常不受欢迎的方面来在接收者中产生粗略的运动。在我们的设置中，Stocco 会坐在他的左运动皮层上方的 TMS 线圈旁，这是控制他右手运动的大脑区域。在调整了一些参数后，我们找到了刺激控制 Stocco 手腕的神经元所需的布置，使他的手抽搐。
我们决定通过查看我们是否可以玩一个简单的双人视频游戏来测试我们的脑对脑接口。在我们实验室的学生花费数月编写计算机代码并集成这些技术之后，在去年 8 月 12 日，我们终于尝试了我们的设置。Rao 担任信息发送者的角色，Stocco 担任接收者的角色。
在游戏中，一艘海盗船正在向一座城市发射火箭弹。目标是发射大炮拦截每枚火箭弹。只有 Rao 可以看到显示游戏的屏幕。但只有 Stocco 可以按下按钮发射大炮。在恰当的时刻，Rao 必须形成射击的意图，几秒钟后 Stocco 就会收到意图并按下按钮。
Rao 戴着一顶紧身帽，上面镶嵌着 32 个电极，这些电极测量头部不同位置的电活动波动。在任何给定的时间，不同的神经元群体可能以许多不同的频率振荡。当他想象移动手时，脑电图 (EEG) 电极记录了一个明显的特征，我们的软件可以检测到。泄露信息的是 Rao 大脑中低频振荡的下降。我们使用该特征作为我们的线索，通过互联网发送命令来刺激 Stocco 的大脑。
Stocco 没有有意识地感觉到脉冲，但他的右手还是动了。刺激导致他的手抬起，当它落下时，它击中了键盘并发射了大炮。成功了！这是第一次，人类大脑将意图直接传达给另一个人脑，使两个大脑共同完成一项任务。当我们玩游戏时，我们变得越来越好，以至于在我们的最后一次运行中，我们几乎以 100% 的准确率拦截了海盗火箭弹。Rao 学会了如何以一致的方式想象移动他的手，让计算机有机会理解他的脑电图 (EEG) 大脑数据。Stocco 发现他不知道自己的手腕在移动，直到他感觉到或看到他的手在运动。
我们现在已经用其他几对人类复制了我们的发现。并非每个试验在这些实验中都完美进行，但在所有情况下，只要脑电图 (EEG) 系统正确检测到意图，信息就会使用 TMS 直接传达给接收者的大脑。在整个实验过程中，两位受试者都意识到彼此的角色，并自愿合作解决共同商定的任务。当海盗火箭弹被击中时，发送者知道他或她的伙伴的大脑会响应发送者自己的大脑活动而执行一个动作。我们认为受试者之间这种有意识的合作是真正脑对脑交流的最终目标，这在动物研究中可能很难实现。
我们初步研究的一个弱点是接收者是被动的，本质上是向发送者的大脑伸出援手。我们的下一组实验将探索针对其他大脑区域以产生有意识的思想。例如，我们相信我们可以将视觉信息而不是运动信息从一个大脑发送到另一个大脑——想象一下，接收者突然看到绿色，并知道这种色调意味着他或她应该执行某个动作。事实上，在八月份，一组科学家使用了与我们相同的技术，将粗略的视觉信息从一个人发送到另一个人。
这些简单的实验可能看起来离瓦肯心灵融合的复杂思想共享还有很长的路要走，但我们认为，首先很好地理解感觉和运动信息如何共享非常重要。我们对大脑如何表示感觉和运动信号的了解远多于对大脑如何编码复杂想法（例如如何解微分方程或哪个城市是拉脱维亚的首都）的了解。此外，许多科学家现在认为感觉和运动信息是更复杂知识的基石。只有在我们掌握了更简单的形式之后，我们才能冒险转移更大的概念。
未来展望
我们设想了未来有一天可能会使用这种技术的几种情景。例如，正在康复的人可以接受治疗师的直接指导，以加快他们的康复速度。那些瘫痪且无法说话的人可以使用它将他们的想法和感受直接传达给亲人。随着脑对脑技术的发展，人们可能会采用它们来解决人类面临的挑战，字面上地集思广益。
当然，用技术增强大脑的能力本身并不新鲜。我们已经使用汽车和飞机增强了我们的身体能力，使用书籍和互联网增强了我们的记忆力，并使用计算机和智能手机增强了我们的分析和沟通能力。脑对脑通信可能会放大我们天性的社会性——我们与他人分享思想的核心倾向。
如果科学家和工程师最终实现真正的脑对脑通信，那么伦理影响将是巨大的。所有技术，从简陋的厨房刀具到复杂的基因工程，都可以用于行善或被滥用造成伤害。脑对脑通信也不例外。许多科幻小说的情节都受益于比生命更伟大的反派滥用脑植入物来实现邪恶目的。安全和隐私在当今高度互联的设备世界中已经至关重要，在未来大脑互联的时代也将是关键因素。神经安全研究人员需要通过开发高度安全的通信协议来最大限度地降低脑对脑技术的风险，政策制定者需要通过法律来最大限度地减少任何滥用的可能性。
最终，我们必须问自己：脑对脑通信的好处是否大于其风险？它将如何塑造人类的进化？它会使社会变得更好吗？正如我们的小实验所证明的那样，我们现在需要开始讨论这些问题。