20世纪末,科学界目睹了“脑的十年”,大量新技术的发明和应用极大地改变了对人类大脑的研究。比如核磁共振成像、脑电图、正电子发射断层显像、轴向计算层析成像技术、经皮血气监测仪、经颅电磁扫描仪和深部脑刺激术等。
物理学和技术的进步,使得探索人类的心灵和意识成为可能。对大脑进行严肃的科学研究,将给我们带来对意识的一个全新的理解,我们将使用全部的力量去探测隐藏在我们头脑中的巨大秘密。
加州大学伯克利分校是研究心灵的中心,一个实验室团队完成了一项一度被认为是不可能的任务,即录制人的思想。他们是怎么做的呢?首先,将实验对象推进核磁共振成像机内;其次,让实验对象看视频片段。在长达数小时的实验期间,实验对象要一动不动地躺着观看这些影像,这样才能收集到足够的数据。
当实验对象观看视频时,核磁共振成像机会制作一幅大脑血流的3D图像。这是一个3万个点或立体像素的集合,每个立体像素代表一个神经能量的具体位置,每个点的颜色对应信号的集中程度和血流速度。我们通过观看图像发现,大脑将大部分的心智能量集中在位于大脑后部的视觉皮层上。
核磁共振成像机的功能十分强大,能快速拍下每个拥有100个点的大脑区域。不过,这种彩色点的集合看起来像是令人费解的乱码。经过多年的研究后,实验团队研发出了一种数学方程式,可以用来发现一幅图的特定特征(边界、质地、密度等)和核磁共振成像的立体像素的关系。
当实验对象看到另一段影像时,计算机会对他观看这段影像时产生的立体像素进行分析,并重塑初始图片的大致近似值。通过这种方式,计算机便能制作出停留在他心灵中的视觉表象的模糊影像。通过数学方程式,计算机能收集核磁共振成像的立体像素,将其转化为图像,或者反过来,将图像转为立体像素。
因此,该项目不仅可以解码你所看到的事物,还能解码萦绕在你脑海中的虚构图像。我们最终的目的在于创建一部精确的字典,让你能迅速将现实世界中的物体和你大脑中的核磁共振成像模式匹配起来。当然,要达到细节上的匹配十分困难,现在的成果仍很粗略,我们还需要花费很多年的时间去完善。不过,有的类别解读起来十分容易,只需要快速浏览图库便可得出。
科学家已经开始解码大脑的核磁共振成像模式,虽然现在还处于初级阶段,但考虑到科学技术发展的速度如此惊人,会不会在不久的将来,我们就能真正地解读萦绕在人们心灵中的文字和思想呢?
此外,还有科学家用皮层脑电图的技术,来识别心灵中的文字,以及用意念来打字。科学家在癫痫患者身上做实验,取得了一定的成果。有一个办法可以克服将皮层脑电图传感器植入大脑的难题,在未来或许可以通过操控单个原子的纳米技术,把纳米探针网植入大脑,以此来探索人的思想世界。而这,就要看未来科学技术的发展程度如何了。
一旦解读和记录人的心灵成为可能,就会产生一连串的道德和法律问题,这是任何新技术的诞生都会遇到的普遍现象。虽然技术研究刚刚起步,但以后心灵感应可能会成为现实生活中的一个既定事实,这是经常在科幻小说中看到的设定,也许未来我们真的就可以通过心灵和外部世界进行互动了。
梦的现象一直困扰和迷惑着我们,但科学家们已经开始揭开梦的奥秘。事实上,科学家们现在所做的一些事情曾被认为是不可能的,他们可以用核磁共振成像仪拍下梦的模糊图像和影像。也许将来有一天,你可以通过观看自己昨夜的梦的视频来了解自己的潜意识,而不需要精神分析学家的解梦技术了。
大脑扫描揭开了梦的一些奥秘。我们清醒时的脑电波频率与入睡时是不同的,科学家将这几种不同的脑电波称为“阿尔法波”“贝塔波”“西塔波”。当人们进入梦境时,脑干发出的电能波就会急剧升高,上升到大脑皮层区域,尤其是视觉皮层,这说明视觉图像是梦的重要部分。最后,我们进入做梦状态,脑电波具有典型表现,眼球也会快速地运动,这叫作“快速眼动期”。
在我们做梦的时候,大脑的视觉区域表现活跃,同时,与嗅觉、味觉和触觉有关的区域基本关闭。身体处理的几乎所有图像和感觉都由自我生成,它们来自于我们脑干中的电磁振动,而非外部刺激。在我们做梦时,我们几乎处于瘫痪状态,要不然的话,我们的身体会乱动,那样会伤到自己。至于“梦游”,是另一种特殊的状态。人在做梦时,大脑中的海马体保持活跃,这说明梦调用了我们的记忆存储;杏仁核和前扣带也是活跃的,这意味着梦可能高度情绪化,经常伴随恐惧。
科学家们还研究了曾经被认为很神秘的一种梦:清醒梦,即在神志清醒状态下做的梦。这在字面上看起来有些矛盾,但这种梦得到了大脑扫描的验证。在做清醒梦时,做梦的人知道自己在做梦,而且能有意识地控制梦的发展方向。
把记忆下载到大脑中的想法本身看起来近乎痴人说梦,因为,记忆的产生涉及对不同感觉经验的加工,然后储存在位于新皮层和边缘系统的多个区域。但是,对人工记忆的研究已经开始了。
科学家成功地在老鼠的大脑中植入普通记忆,而且实现了植入虚假记忆。这意味着,将来有一天,未发生过的事件的记忆也有可能植入人类的大脑,这对于教育和娱乐等领域来说有着深刻的影响。美国的科幻鬼才菲利普·迪克创作的很多小说,主题都涉及记忆的植入和下载存储,以及虚假记忆,寓意引人深思。
目前,人工海马体还处在原始阶段,每次只能记录单段记忆。但科学家计划提升人工海马体的复杂性,使其能够储存多种记忆,可以应用于不同动物,最后达到可以记录猴子的记忆。
2012年,科学家公布了一项更具深远意义的实验。他们复制了灵长类动物更为复杂精密的大脑皮层的思维过程,也就是人工新皮层。人工海马体和人工新皮层只是第一步。最后,我们还可能制造出大脑的其他部位的人工配对物。例如,以色列科学家已经为一只老鼠制造出人工小脑。
记忆的录制、储存和上传也许在未来会成为现实。这也许可以使我们记录过去、掌握新的技能,就像经典电影《黑客帝国》中所描绘的那样,我们几秒钟就能学会驾驶直升飞机的技能。但这一切并不能改变我们消化、处理信息的内在能力。要做到这一点,我们还需要提升自己的智力。
2013年1月,美国前总统奥巴马宣布“大脑研究计划”正式启动。这一计划将通过绘制大脑中的电通路来揭开大脑神经皮层的秘密。只要能够获得大脑图谱,人类就可能了解很多棘手的疾病,从而增大治愈的概率。几乎在同一时间,欧盟的“人类大脑工程”开启。这个工程计划使用世界上最大的超级计算机对大脑进行电脑模拟,将用晶体管和钢铁复制出人类大脑。美国和欧盟的这两个方案都属于“大脑反向工程”,这个工作曾经被认为太过复杂而无法解决,但现在科学家却开始进行勇敢的尝试。
这是一项令人敬畏的工作,听起来就好像是科幻小说里的情节。人类大脑包含1000亿个神经元,每个神经元又与上万个神经元相连接,所有可能的连接加起来高达一亿亿个。因此,人的大脑能够产生的“思维”数量完全是天文级别的,超出了人类的认识范围。
然而,一小部分富有激情的科学家并没有因为巨大的困难而退缩,他们试图从零开始重构人类大脑,而且已经开始做了。科学家已经对线虫神经系统中的神经元逐个进行了解码。这个被称为“秀丽线虫”的微小生物拥有302个神经元、7000个突触,这些都得到了精确的记录。
大脑如此复杂,对大脑的神经元逐个进行分解至少有三种不同的办法。第一种是利用超级计算机对大脑进行电子模拟;第二种是绘制活性大脑的神经通路;第三种是我们可以对控制大脑进化的基因进行解码。
不过,就算将来人类克服了重重困难,完成了这种工作,我们得到的也不过是一堆数据,却无法知道它们是怎么结合在一起的。除此之外,即便我们把大脑每个神经元的位置都标定清楚,依然无法理解这代表着什么。因此,只是拥有一张包含大脑中所有神经连接的完整图画,并不代表人类就能知道这些神经元的功能以及它们之间的互动。这种事情已经有先例了,人类基因组的测定也是如此。大脑反向工程其实还算是比较容易的一部分,随后就进入了困难的部分,即对这些数据进行理解。至于我们能够做到什么程度,还是个未知数。
我们的大脑是这个宇宙中已知的最复杂的物体,我们对大脑复杂性的了解越是深入,就越感到惊讶。正如一位博士所言:“大脑是多么令人迷惑的杰作啊,而我们又是多么幸运能够生活在这个时代,有科技和意愿去研究大脑。这是我们在宇宙中发现的最神奇的东西,这就是我们自己。”
我们的征途不仅是星辰大海,还包括心灵与自我。在两千多年以前,苏格拉底说:“了解你自己是智慧的开始。”现在,我们正走在实现他愿望的漫漫征程上。
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