虛實合一的元宇宙：數字現實可以直接植入肉身大腦嗎？

把合成的體驗上傳到大腦一度是科幻的幻想，但新的腦機接口正在讓它變成非虛構——當然，這個進程會非常緩慢。

編者按：現在人類對大腦信號做出解析已經取得了不小進展。而反過來，給大腦寫入信號，讓人產生感知也有一些突破了。比方說，通過給特定神經元植入電極發送電脈沖，可以讓人產生看到光點的感覺，盡管其實並沒有光點的存在。那我們能不能像《黑客帝國》一樣，在人的大腦裡製造出一個完全虛擬的世界呢？也許可以，但就算我們最終生活會在同一個《黑客帝國》裡面，卻仍然仍然處在不同的世界裡面。何謂孤獨？孤獨的意思，就是就像我沒法理解擁有翅膀和用回聲定位是什麼感覺一樣，我永遠也沒法完全理解你所經歷的事情。文章來自編譯。

攝影：Andria Lo

一、把合成體驗上傳大腦

一個年輕人，身穿著灰色法蘭絨長袍，正在平靜地坐在一張桌子旁，面前是一個毫無特色的黑盒子。他的頭上戴著一頂帽子，看起來像是用紗布繃帶做的。有一束電線從裡面盤出來，最後出現在他的後腦勺那裡。他正在等著什麼。

一名穿著白色實驗服的研究人員走到桌子旁，默不作聲地站了一會兒。那男人盯著這個盒子。等了一會兒，但什麼都沒有發生。然後那個男人眨了眨眼，顯得有點不安。研究人員便問發生了什麼事。

他說：“就在第一秒鐘的時候，我看到了一隻眼睛——一隻眼睛，還有一張嘴。”

研究人員把盒子換成了不同的物體。這次是個橙色的足球。他們敲了一下，很明顯，這個男人的腦子裡又發生了什麼事情。他說：“我該怎麼解釋呢？就像上一次一樣，我看到了一隻眼睛——一隻眼睛和一張嘴，側面的。”

從嚴格的意義來說，這個人是一個賽博格（電子人）。他那梭狀的腦回，沿著大腦底部兩側分佈的隆起的皺褶上佈滿了電極。這些電極是他的醫生植入進去的，因為他們認為這有助於追蹤這名男子癲癇發作的原因。但電極也提供了一個難得的機會——這不僅可以讓研究人員讀取來自大腦的信號，還可以將信號寫入大腦。麻省理工學院的Nancy Kanwisher正在領導一群神經科學家，她們在研究所謂的梭狀回面孔區（這個區域因人看到臉部時會變得活躍而得名）。她們的問題是，如果她們把水泵反轉會怎麼樣？也就是故意去激活那個區域的話——那名男子會看到什麼？

你不需要變成賽博格才能知道你永遠不應該相信自己那會說謊的頭腦。比方說，它就對你隱瞞了一個事實，其實你的所有感知都是有延遲的。將光子轉化為視覺，氣壓波動轉化為聲音，霧化分子轉化為氣味——然後，你那不完美的感覺器官需要時間來接收信號，將它們轉換成大腦的語言，然後再把它們傳遞給灌木狀的神經細胞網絡，由後者計算傳入的數據。這個過程不是瞬間完成的，但你永遠不會意識到無數的突觸正在傳遞，這些嘶嘶作響的電化學構成了你的想法。事實上，這是一種舞台藝術——而你既是導演，又是觀眾。

你感知到的，或者你以為自己感知到的東西未必總是“真實存在”——它只存在於你的頭腦，而不在任何其他地方。夢就是這樣。迷幻藥就干這事兒。當你想像自己姑媽的臉，自己的第一輛車的氣味，或者草莓的味道時，就會發生這種情況。

從這個角度來看，把感官體驗——認知的一種——攝入某人大腦其實並不難。在本文的前面這幾段裡其實我已經對你做了這件事了。我描述了賽博格的穿著，暗示了你房間是什麼樣的，告訴你足球是橙色的。你在自己的腦裡已經中看見了，或者至少看見了它的某個版本了。你也聽到了（用你大腦的耳朵）研究對像在跟科學家交談（盡管在現實生活當中他們說的是日語）。這種植入法不錯，很文學。但是如果有更直接的航線會更好了。大腦就是一種有點鹹的，將感官信息轉化為思想的黏性糊狀物；你應該能夠利用這種能力，在那個地方建立一個完整的世界，一個跟現實無法區分的模擬世界。

Kanwisher 的實驗並沒有做到這一點——還差得遠。但它確實讓人看到了直接將信息植入大腦的可能性與威力。如果你看過那個測試的視頻，最值得注意的是那名男子的溫和反應。科學家在操作的時候，他似乎沒有任何感覺。長眼睛的盒子似乎沒有嚇到他；事實上，當它消失時，他似乎更驚訝。確切地說，這種體驗可能不是真實的。（有一次，Kanwisher曾告訴我，志那位願者問，“我是不是只是在想像？”）但這件事裡面還有有些真實的東西的。進入到他的梭狀腦回的電脈沖循環不僅讓他看到了一張臉，還注入了難以形容的面孔的感受。

把合成體驗上傳到大腦，這個想法一直是科幻小說的重要組成部分，至少有75年的歷史了——例子當然包括《黑客帝國》，還有菲利普·狄克（Philip K. Dick） 的大部分作品，網絡空間，元宇宙，1983 年的電影《尖端大風暴》（Brainstorm）裡面的磁帶錄音機，（被低估的）1995 年上映的電影《末世紀暴潮》（Strange Days）裡面的超導量子干涉裝置等。但在現實生活中，我們距離在每個人的脖子背後都有一個數據端口還有很長一段路要走。神經科學家已經可以很好地對從大腦發出的信號進行解碼，也可以移動光標或機械臂了（盡管還沒法做到像生物連接那麼流暢優雅）。但植入信號進去要比這棘手多了。

二、電極植入法

神經外科醫生倒是非常擅長植入電極。問題是要知道植入到什麼地方，因為你要面對的是還非常神秘的神經灌木叢。雖說一小部分的細胞也許只處理特定任務的特定部分，但細胞群之間還會相互交談，而正是這些網絡的形成和重組幫助我們有了認知能力。如果你打算欺騙大腦，讓後者把人為構造的輸入感知成現實，就必須瞭解單個神經元做了什麼，一大群的神經元又做了什麼，以及它們之間是如何相互關聯的。

這牽涉到的東西就太具體了，也許具體到令人沮喪。16 年前，艾倫腦科學研究所（Allen Institute for Brain Science）的首席科學家Christof Koch曾幫助做過一項現在已經很出名的研究。這項研究表明，大腦裡面有一種叫做內側顳葉的神經元，這種神經元會對文字工作者所謂的名詞（人物、地點、事物等）做出反應。比方說，當一個人看到女演員哈莉·貝瑞的照片時，這個區域就會被激活起來。換成女演員詹妮弗·安妮斯頓的不同照片（但不是她跟布拉德·皮特在一起的照片）時，該區域也被強烈激活了。Koch說：“神經元是感受的原子。對於類似《黑客帝國》裡面的技術來說，你必須瞭解每一個神經元的觸發特徵，而大腦裡面一顆米粒大小的區域就有 50000 到 100000 個神經元。” 他說，如果沒有這本（神經元會促發特徵的對照）目錄，你也許能讓某人“看見閃光或動作”，但他們“永遠也看不到聖誕老人。”

好吧，看見閃光也是個開始。閃光也可以做很多事情。在荷蘭神經科學研究所（Netherlands Institute for Neuroscience）的實驗室裡，Pieter Roelfsema 和他的團隊一直在用閃光來教猴子閱讀。哲學書猴子還看不了，但已經足以能夠區分字母表裡面的字母。研究人員是通過刺激所謂 V1 區域來做到這一點的。這塊區域屬於視覺皮層的一部分，是長在每個靈長類動物頭部後方的一塊神經元。一旦通過 V1 電極發送電流，哺乳動物就會看到一個漂浮在空中中的光點。切換到隔壁的電極，第一個點旁邊就會出現第二個點。這些是光幻視，就是你撞頭之後看到的那種火冒金星，或者大笨狼（Wile E. Coyote）被痛毆後在他周圍飛來飛去的小鳥。（那位日本患者產生的感受被正式叫做“臉幻視（facephenes）”。）

Roelfsema 說，將一組電極植入到 V1之後，“就可以像矩陣板一樣使用了。如果有 1000 個電極，基本上就相當於有 1000 個燈泡，而你可以在數字空間裡面點亮這些燈泡。” 這支團隊可以刺激電極，模擬出字母 A 或 B 的形狀，而猴子能夠表明自己看到了不同。

但這項技術也讓你有了想像的空間，比方說視障人士最終如何可以通過這項技術看到一些東西：把 V1 的電極矩陣連接到外部世界的相機，然後把鏡頭處理成現實的點畫圖。這幅畫看起來也許有點像位圖版的 Minecraft，但大腦是非常擅長適應新的感官數據的。

盡管如此，為了有足夠多的點來做成線與形狀，以及其他的有用刺激，得提供大量的電極，而且每一個電極都需要非常精確地定位。任何電極型的方案，只要目標是把可理解的信號（而不僅僅是閃光的幻視形狀）傳送給大腦，就都得這樣。不管想法是什麼，都跟神經相關。Kosh說，稍微多刺激了一點組織，“你會陷入混亂。” 更重要的是，你還得把握好時機。感受與認知就像鋼琴奏鳴曲；每一個音符都必須按特定的順序發聲，這樣音樂才會和諧。要是搞錯了時機，相鄰的電脈沖看起來就會不成形狀——而是像一大塊污跡，或者就像什麼都沒有一樣。

刺激大腦的位置與時機為什麼如此難以解析？部分是因為如果你試圖誘導神經活動的話，記錄神經活動產生的數據並不能起到很大的幫助作用。加州大學伯克利分校的神經科學家 Jack Gallant 說：“大腦的讀與寫完全是不對稱的。”當大腦在做大腦的事情時，你看到的信號其實並不是想法；那是大腦在思考時排出的廢氣。當感受越過終點線時（編者註：將感受的形成比喻為賽跑），研究人員能獲得關於大腦整體狀態的一小部分數據，但把這些數據回送並不能重建整場比賽——從感覺、感受、識別到認知要連跑數圈。是，Kanwisher 的團隊確實激活了大腦的一大塊面部識別區域，讓某人看到了一張臉，算是吧。但那是感性（sensibility），不是感覺（sense），不是對特定面孔的感知。看到詹妮弗·安妮斯頓會刺激詹妮弗·安妮斯頓神經元；但沒人知道刺激詹妮弗·安妮斯頓神經元能不能讓人看見詹妮弗·安妮斯頓。

目前獲批用於人身上的電極陣列均無法彌合這一差距。這些陣列體積龐大，但最多也就只有大約 1000 個電極，按照大腦的定義，這種充其量只能是低保真版。目前，研究人員距離演奏出令人信服的奏鳴曲還有很長的路要走。賓夕法尼亞大學的神經外科醫生 Daniel Yoshor 說：“現在我們的水平相當於會敲鍵盤。”但技術當然還會改進。Yoshor跟同事已經獲得了五角大樓的那個瘋狂科學機構 DARPA的資助，他們打算先開發了一個有 64000 個電極的陣列，而下一個目標是有 100 萬個電極的陣列。埃隆·馬斯克的Neuralink 正在研究更輕薄、更靈活的植入物，以及可以將這些植入物植入到大腦裡面的機器人外科醫生。到了遙遠的未來，也許會實現只有一粒沙子大小的無線聯網微芯片，或能嵌入 1 億個電極的薄片，而且每個電極都能連接到自己的處理器，就像電視機裡面的像素一樣。也許還植入不了勃拉姆斯的音樂，但是做出你聽了想跳舞的東西還是有可能的。

三、“全息光遺傳學”

就算能夠把十億個電極塞進去，仍然會遇到問題。也許你可以把材料做得足夠柔軟，就算有人搖頭太過用力，也不會造成組織損傷。也許你可以找到從大腦那粘稠的保護細胞（叫做神經膠質）那裡脫落的表面涂層。但還記得大腦其實就是懸浮在鹹水之中的一團凝膠狀的思想肉塊嗎？嗯，鹹水是具有很高的導電性。西北大學材料科學家John Rogers說，通過電極發送電荷，希望能刺激一個神經元，但這個神經元還會“延伸到電極所刺激的神經元以外的區域，而這個空間區域的維度我們仍然弄不清楚。也就是說，你點亮的也許不止一個神經元。” 每一個電極就像大霧彌漫的黑夜裡的燈塔：它確實照亮了岩石與淺灘，但光線也會在大霧中衰減和衍射。這種信息傳遞確實是沒法控制的。

不過，另一種技術也在開發當中。它的基礎是一種變形色素蛋白，叫做視蛋白。脊椎動物的視網膜細胞裡面就有這些分子；一旦被光線照射到時，視蛋白就會忙作一團，變成一個新的形狀，這會在細胞內引發一連串的魯布·戈德堡反應，最終形成一股電脈沖，並被發送給大腦。你懂的，這就是視覺。但是你不需要眼睛才能使用視蛋白。對於部分藻類和微生物來說，視蛋白就嵌入在細胞的外表面，充當對光敏感的通道，將離子移進移出。（沒有大腦的單細胞生物就是靠這種方式朝著太陽游動的。）

這一點非常有用，因為神經元也是這麼工作的——傳導離子及其攜帶的電荷。 2000 年代中期，研究人員想出了怎麼將這些外表面的視蛋白基因移植到腦細胞裡面的辦法。就是這方面的工作，使得神經科學家可以用不同顏色的激光去控制特定種類的神經元——也就是可以小心翼翼地打開和關閉特定的神經元！如果你想給一種很酷的大腦控制技術起名字的話，再也找不到比“全息光遺傳學”更好的了，真的。

這項技術非常適合研究不同的神經元都是干什麼的。研究人員可以通過基因工程的方式將離子門植入到整個神經元網絡，包括大腦裡面的各種細胞裡面，這種方式無論是破壞性還是物理的侵入性都要比塞個插頭進去要小一些。（反過來，除非你把光纖直接塞進去，否則很難讓光線深入穿透進去。）在某些情況下，通過採用不同的技術，細胞也可以在光源下發出熒光，從而讓研究人員能夠在顯微鏡底下觀察工作中的大腦情況。

但光遺傳學也適用於輸入。可以用光猝發（來自激光、數字投影儀的光、通過光纖植入大腦）來觸發所設計的離子門。來自紐約大學和西北大學的一組研究人員已經培育出一種小鼠，這種小鼠的嗅球（脊椎動物前腦結構中參與嗅覺的部分，位於老鼠敏銳的鼻子與皮質之間，用於感知氣味）是做過了光遺傳學上面的優化的。當科學家在合適的時機把適當種類的光照射到嗅球上面時，老鼠就會聞到（或表現出像是聞到了）他們所謂的“合成氣味”。

那種氣味是什麼味道？紐約大學神經生物學家Dmitry Rinberg回答道：“我們不知道。也許很臭。也許很宜人。也許是它在這個宇宙裡面都從來沒有體驗過的氣味。” 他說，你沒辦法知道。你又不能問那隻老鼠。

不幸的是，這是確保任何一種感知輸入系統是否有效的唯一方法。你得問佩戴者（所有者？接收者？如果植入物是遺傳性的，但還加上一條激光的話，你還是賽博格嗎？）的感受。此外，就算植入的是光纖而不是電線，但他們頭上還是要插入線纜。而且他們還必須自願對自己的大腦進行基因工程。

就這方面而言，對人類的外圍所做的工作比對大腦所做的要先進得多。人工耳蝸植入進去的是聽覺神經而不是大腦，但卻能給聽力受損的人提供了非常好的體驗，雖然在保真度方面還比不上健康的耳朵。一些科學家正在研究效果等同於視網膜的東西。有的假肢連接上神經之後就可以傳遞觸覺。給假肢增加一點振動甚至可以製造出運動感覺的錯覺，一種手臂在空間裡面移動的感覺，這樣用戶不用看假肢也知道它在哪裡了。

但這些都不是完整的感覺器官。這不是一個世界。跳舞的幻視，人工耳蝸輸入，神經光子激活嗅覺皮層——哪怕你能夠把所有這些東西都裝進頭骨——那也沒法讓你以為自己是在別的地方。這不能改變這樣一個事實，那就是我們每個人的大腦都會以自己喜歡的方式去構建現實。你可以做出一個功能齊全的模擬世界，可以涵蓋所有的感覺，甚至是非常難以捉摸的感覺，但它最終的樣子怎樣，感受如何，這些始終都要取決於你的想法。

1974年，哲學家托馬斯·內格爾（Thomas Nagel）發表了一篇後來被廣為引用的論文，題目叫做《變成蝙蝠會怎樣？》。論文指出，每一個有意識的生物的體驗都是個體化的，對於動物及其大腦來說，這種體驗都是獨一無二的。何謂孤獨？孤獨的意思，就是就像我沒法理解擁有翅膀和用回聲定位是什麼感覺一樣，我永遠也沒法完全理解你所經歷的事情。即便我們是真正的賽博格，我們的後腦勺裝上了插頭，我們的皮層植入了電極和光纖，准備好接收裝滿了發綠光的漢字的數字紅色藥丸，我的大腦對所有的輸入的解釋也會跟你的大腦不同。當然，我們會告訴我們的機器霸主，我們正在體驗著同樣的東西，因為這就是感受。但是，我在撓你的梭狀回時，你看到的那張臉，永遠不會跟你在撓我的梭狀回時看到的那張臉一樣。我們可能最終生活會在同一個《黑客帝國》裡面，但我們仍然處在不同的世界。

譯者：boxi。

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