你是否想象过穿着别人的鞋走一英里是什么感觉?或者你有没有尝试过给在回家路上的另一半发送心灵感应信息“回来顺带买牛奶”?
脑-机接口(brain-computer interface)方面的最新研究正在让科学幻想中的场景成为现实:让信息在大脑间立刻传递。
过去两年引用的研究表明,两个生物体,即两个独立个人,甚至人类与鼠类之间大脑信息的直接传递是有可能的。“脑-脑接口”(brain-to-brain interfaces,BBIs))指通过耦合两个独立个人的大脑实时直接传输大脑活动。
那么这背后的科学原理是怎样的呢?
读取脑电波
脑细胞之间能够互相沟通使得脑-脑接口成为可能。细胞之间的通信通过一个叫做突触传递(synaptic transmission)的过程实现,化学信号在细胞间传递,引起接收细胞的电子脉冲(electrical spikes)。
突触传递是所有大脑活动的基础,包括运动控制、记忆、感知和情绪。由于脑细胞互相连接,形成网络,大脑活动时神经元会同步发生突触后电位,这就是所说的“脑电波”。
脑电波会根据大脑当下观念过程而改变,这种改变以电器性上下摆动为特征。
比如,有表示不同阶段睡眠特征的脑电波,也有表示大脑意识与知觉不同状态的脑电波。
脑电波通过一种称为脑电图(electroencephalography,EEG)的技术来检测,被试者须在头上佩戴外形类似游泳帽的装置,其脑部电活动通过装置内电极来检测,而后通过计算机软件来记录及解释电活动模式。
这种脑机接口为用于恢复大脑功能的神经假体技术(neural prosthesis technology)奠定了基础。这个结论听起来很牵强,但是神经假体其实喜怒哀乐随处可见,比如说人工耳蜗。
心灵感应的科学
脑电特性不但使大脑发送信号得以实现,也让大脑具备了接收电脉冲的能力。这些信号可以通过非进入性的“经颅磁刺激技术(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)”实现。
经颅磁刺激装置在头皮上形成磁场,然后在脑中引起电流。当经颅磁刺激线圈放置于运动皮层上时,运动通路会被实体化,进而引起肢体、手脚、甚至手指和脚趾的运动。
科学家们正在研究如何在噪声中辨别脑电波,找到能够用于创建动物间通信通路的特定信号。
第一个能够证实这个想法的实验是2013年的一项研究,研究中的鼠类通过脑-脑接口耦合,研究人员通过奖励机制来加强两只老鼠之间的联系,也就是说如果接收端老鼠能够合理执行任务,那么两只老鼠都能获得奖励。
研究的热点是人类能够通过脑-脑接口控制老鼠的尾巴运动。
现在研究人员已经得知脑-脑接口也适用于人类,通过结合脑电图与经颅磁刺激技术,科学家们已经实现将“移动手”的想法从一个人传达至另一个人。被试者为意识非常清晰的合作者时,脑-脑接口的实验效果最好。
信号传递
去年八月,科学家获得成功了两个独立个人之间的思想传递,这是脑-脑接口领域的最新进展,意味着人类在该领域的又一次飞跃。
通过资源整合技术手段,包括脑电图、互联网与经颅磁刺激技术,研究人员能够将思想从印度一路传递至法国。
文字首先被编码成二进制符号(如:1=hola; 0=ciao),随后人类思维发出的“1”或“0”脑电图信号传输至位于接收者大脑视觉皮层上机器人驱动的穿颅磁刺激装置。
在这种情况下,穿颅磁刺激脉冲导致接收者的闪光感知,因此接收者能够将该信息解码成原始文字((hola或ciao))。
从这个角度入手,脑-脑接口可能会对心理治疗产生庞然影响,包括认知行为疗法、运动机能学习,甚至更天马行空的场景,如控制遥远行星上的机器人或类似《星际迷航》中瓦肯人的心灵融合。
很快,就真的可能会体验穿别人的鞋子走一英里了。
参考:
Kristyn Bates, Research Assistant Professor in Neuroscience, University of Western Australia.
, 脑电波的科学,脑电特性不仅使大脑发送信号得以实现,也让大脑具备了接收电脉冲的能力。细胞之间的通信通过一个名为突触传递(synaptic transmission)的过程实现,化学信号在细胞间传递,引起接收细胞的电子脉冲(electrical spikes)。