新闻报道中经常出现残疾人仅用意念就能控制电脑光标或假肢手的移动。但是，除非是严重的医疗状况，否则谁会选择在头骨上钻孔以在脑中植入电脑芯片呢？
一种更实用的解决方案可能已经出现，它可以让你将大脑与外部世界连接起来。CTRL–Labs 是一家由微软 Internet Explorer 的创始人托马斯·里尔顿及其合伙人创立的初创公司，该公司展示了一种新颖的脑机接口 (BCI) 方法，该方法将绑在手腕上的装置与神经系统中的信号连接起来。
里尔顿观察到，从生理学角度来看，人类之间所有信息的传递都是通过精细的运动控制来实现的。舌头和喉咙的运动控制让我们能够说话。面部表情和身体姿势传达情感和意图。书写是通过控制手指在黑板上刮擦粉笔、涂抹颜料、操作钢笔或铅笔或敲击键盘来完成的。如果大脑与世界互动所做的一切都涉及肌肉，为什么不使用运动系统更直接地连接思想和机器呢？
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这个问题的答案可以在曼哈顿中城九层楼上的 CTRL–Labs 办公室找到，电梯门打开后，映入眼帘的是一堆实验室工作台和电脑屏幕，一群精力充沛的人正在那里操作机器人手臂和焊接电路板。越野自行车靠在墙上，电梯正前方的一张桌子上放着一本标志性的教科书《神经科学原理》。
该公司首席战略官乔希·杜扬迎接我。杜扬没有浪费任何时间。他将一个类似哥特朋克佩戴的带钉项圈的东西套在手腕上，只是金色的方形钉子在带子的内侧，紧贴着他的皮肤。一条带状电缆从腕带垂下，延伸到一台笔记本电脑，屏幕上显示一只白色的、类似人体模型的假手张开手指。这只手挥动、弯曲手腕并握成拳头，所有这些都在模仿杜扬自己的手部动作，这些动作是通过腕带检测到的。
该腕带不感知神经冲动。相反，它会拾取手臂肌肉纤维收缩时产生的电压脉冲，很像心电图检测心肌收缩的电位一样。计算机分析来自手臂和手部肌肉的放电，并使用它们来计算手的运动和抓握力。然后，计算机在虚拟手中启动相同的运动。电脑屏幕上肢体的运动可以很容易地由其中一个真正的黑铬机器人手臂来执行，这些手臂像钢铁侠套装的碎片一样散落在周围。
CRTL-Labs 首席战略官乔希·杜扬使用脑机接口移动虚拟手，该接口可以感知他前臂的电活动。图片来源：R. 道格拉斯·菲尔兹
接下来我观看了一个视频演示。在视频中，里尔顿用手指敲击空白桌面，电脑屏幕上以每分钟 20 个单词的速度出现一串字母。原则上，腕带佩戴者可以在空中跳动手指，甚至在口袋里抽动手指来创建消息。“你的孩子们将不会打字，”里尔顿宣告了传统键盘的命运。同样，使用这种设备，可以操纵机器人手臂来完成你自己的手臂无法完成的事情——将内窥镜穿过主动脉，以便对患者胸腔内跳动的心脏瓣膜进行手术，也许可以。
目前，最先进的假肢，例如 FDA 批准的 DEKA 手臂，使用肌肉抽搐激活的开关组合，在某些情况下，还辅以传感器来检测肌肉收缩产生的电压脉冲（EMG，或肌电图）。但 CTRL–Labs 声称，它已经改进了这种能力，可以检测到成簇的单个肌肉细胞的收缩。这一成就开辟并扩展了大脑输出的带宽。它还允许使用该公司的最先进技术通过意念来操纵电子设备。
需要快速了解肌肉控制的神经生理学，才能理解这种 BCI 系统如何仅用意念操作。关键概念是理解什么是“运动单位”。皮肤上拾取的电信号代表前臂中数千个肌肉纤维同时收缩的嘈杂声音。近年来，神经生理学家开发出使用数学方法从肌肉收缩时激活的数千个肌肉纤维中分离出单个肌肉纤维的放电的方法。肱二头肌中有 580,000 根肌肉纤维 (pdf)，它们都竭尽全力做一件事——将前臂骨骼拉向你的身体。手臂的运动通过持续调节数百个小的肌肉纤维簇来在毫秒尺度上进行调节，以确定手臂移动的速度和力量。这种精细的运动控制是机械装置的迟钝运动是对任何动物优雅流畅运动的拙劣模仿的原因。
但是，不需要二头肌中的每个五十万根肌肉纤维都由单独的运动神经元控制。事实上，有 774 根运动轴突——从脊髓神经元延伸出来的长纤维——控制着我们二头肌中的所有肌肉纤维。来自一个脊髓运动神经元的轴突分支并使一小簇肌肉纤维一起收缩。这种排列——由单个神经元控制的肌肉纤维——称为“运动单位”，BCI 设备可以检测到单个运动单位的放电。这种能力意味着，我们二头肌中的 774 个运动单位不再仅仅执行一个动作——例如，向后拉前臂——原则上，每个单位都可以执行单独的任务。
考虑一下钢琴家如何通过敲击钢琴上的琴键将他脑海中的音乐传达给听众的脑海。有了这款 BCI 腕带，钢琴家只需想象自己演奏“筷子”或肖邦，就可以用键盘图片做到这一点。肌肉无需移动骨骼并用力按下木制杠杆——钢琴琴键。一个微观运动单元的微不可察觉的抽搐就足以产生电放电，这种电放电很容易被这种脑机接口检测到。现在，钢琴家不再局限于进化赋予我们的五个手指，而是可以发出心理指令来演奏 12 个虚拟手指，每个手指对应一个八度音阶中的音符（八度音阶中的所有白键和黑键）。现在，肖邦《波兰舞曲》中狂热的和弦和琶音风暴也变得易如反掌。当然，钢琴家将不得不学习以一种新的方式激活手中的肌肉纤维，但学习控制 12 个手指与学习控制 5 个手指并没有什么不同。想想蜘蛛或千足虫，它们都没有绊倒自己，尽管它们只配备了昆虫大脑。
以前，研究人员已经能够检测到多达 25 个独立的运动单位。里尔顿声称已经大大超过了这个数字，记录了大约 100 个独立的单位，“但我们预计很快就会突破这个数字，”他说。“这有很多手指，”他指出。
休斯顿大学非侵入性脑机接口系统实验室主任何塞·孔特雷拉斯-维达尔表示，如果 CTRL–Labs 实现了对数百个独立运动单位的实时控制，这将标志着一项重大成就。“挑战将是如何将声称的数百个独立运动单位映射到控制机器，”他补充道。“我认为不要求运动会非常具有挑战性。”事实上，人们过去并不知道大脑是否有可能完全独立地控制其运动单位，但这正是 CTRL–Labs 声称已经发现的。
神经反馈用于训练大脑和计算机相互连接。这个过程就像玩电子游戏一样轻松。例如，杜扬只是想象着试图指向电脑人体模型的食指，而没有真正指向自己的手。他的运动皮层内部发生的事情超出了他的感知范围。但是，当人体模型确实指向她的手指时，他的大脑学会将该运动单位的放电与这种手部运动联系起来。“你也在训练电脑，”里尔顿说。最终，移动手的技能会不知不觉地自动发展出来。
该设备似乎处于早期开发阶段，因此我不被允许试用腕带。学习使用该设备需要练习——一个神经反馈过程，其中计算机和用户的脑部都会相互进行细微调整。通过练习，会发生很多事情。公司联合创始人帕特里克·凯福什是一位技术娴熟的专家，他坐下来，戴上设备，开始在他的手机上玩《小行星》游戏——驾驶他的宇宙飞船在屏幕上飞行，用激光击落入侵者，并躲避来自外星人的来袭导弹。与此同时，他的手掌静止地放在桌子上，只有此处和彼处的皮肤轻微抽搐，同时他还在和我交谈。
“感觉如何？”我问。
他对这个问题感到困惑，用他自己的问题回答：“你思考移动手指是什么感觉？”
的确，我现在正在通过指尖轻松地与我的电脑连接，自动按下 26 个字母键，将我的想法传达给您。如果我拥有的不仅仅是大约 24 个键，而是数百个键，所有这些键都由我的大脑自动控制，那会怎么样呢？