譚薇/編譯

美國科學家在腦機接口(brain-computer interface，BCI)研究中再度取得重大突破。動物實驗證明，大腦不僅可以憑借思維控制電腦光標和機械臂等外部設(shè)備，甚至可以像刻錄機一樣記錄特定的細胞放電模式，完成各種新任務。這一研究成果將給腦機交互實驗的設(shè)計理念帶來根本性的改變。

盡管該實驗是以猴子為對象，不過研究人員認為這一成果亦可適用于人類。實驗證明，學會用思維控制物體運動并不像學習打球或騎車那么簡單。在以往的實驗中，計算機接口可以建立思維對運動的控制，只是每運作一次，大腦都會發(fā)出一套全新的指令，這就好比你每日起床后都得學會操縱自己身上新長出的胳膊一樣。

在最近的實驗中，猴子們學會了以同一種神經(jīng)元放電模式來移動電腦光標，所需調(diào)動的腦細胞數(shù)量也大大降低。實驗的主持者、加利福尼亞大學伯克利分校(University of California, Berkeley)計算機與認知科學助理教授喬斯·M·卡曼納(Jose M. Carmena)指出，該研究第一次證明了大腦具備類似于刻錄機的功能，它可以形成運動記憶(motor memory)，逐步建立神經(jīng)元對外部設(shè)備的控制，這一原理與大腦操縱人體四肢的方式如出一轍。

一般而言，約有75至100個大腦細胞負責控制物體的運動。在本次實驗中，這些細胞的活動模式都會被植入大腦內(nèi)部的電極一一記錄下來。之后猴子的肢體被固定起來，而研究人員只需觀察細胞的運動模式便可預測它的活動傾向或意圖，負責接收和解讀其運動信號的是一個所謂的解碼器。它實質(zhì)上是一種計算機算法，可以將大腦信號轉(zhuǎn)化為機器可執(zhí)行的命令。鑒于電極活動和細胞變化所導致的易變性，研究者認為，負責控制運動的細胞組每天都會發(fā)生更替。因此他們每日都會重新校準解碼器，而實驗猴則需要重新學習如何用思維控制電腦光標或機械臂。

隨之而來的問題是，假如保持解碼器的穩(wěn)定，是否可以使最初的隨機神經(jīng)元組形成一個穩(wěn)定的運動記憶？大腦能否學會這一新技能？在實驗中，卡曼納博士的團隊訓練兩只猴子使用操縱桿將計算機的光標移動至一個藍色的目標，并為這種運動選取了特定的解碼器。在接下來的十九天內(nèi)，兩只猴子都在不斷地練習用思維操縱光標。一開始，它們并不能總是擊中目標。不過隨著時間的推移，細胞的放電模式逐漸變得穩(wěn)定，而猴子們也擁有了一個穩(wěn)定的心理模型?？{博士指出，這與人們學會騎車或打球的過程可以說是如出一轍。一開始，你無法協(xié)調(diào)四肢的動作，然而經(jīng)過一段時間，大腦會像刻錄機一樣記錄下這一特定的運動模式。

接下來，卡曼納博士決定對猴子的記憶進行測試。他將目標的顏色改成了黃色。在數(shù)天內(nèi)，猴子們便用同一組細胞完成了這一新的任務。不僅如此，它們還同時擁有兩套互不干擾的心理地圖，因而可在不同的任務之間切換自如。這就好比將學習網(wǎng)球的地點從紅土場地換到草地，或者說像是在山地自行車和公路自行車之間來回轉(zhuǎn)換。

簡言之，大腦可以調(diào)動同一套神經(jīng)元來應付新的任務，進行不同運動并習得多種技能。華盛頓大學(University of Washington)的腦機接口專家埃伯哈德·E·費茨(Eberhard E. Fetz)認為，這一結(jié)果非常具有“戲劇性且令人吃驚”，它證明大腦比人類想象的更為聰明。卡曼納博士認為，如果能夠解決腦機接口的安全性問題，那么未來癱瘓病人對假肢的操縱也將與正常人的肢體動作無異。