脑机简史
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现在看来,我们其实已经比较了解大脑了,不是吗?但为什么之前那位教授对问题“如果大脑总共包含的知识长度是1千米,我们已经在这个路程上走了多远”给出的答案是“1厘米”呢?好吧,其实事情并没有这么简单。

如今,人人都能熟练地使用智能手机和计算机,每天都在使用互联网与全世界沟通,对现代人来说这一点儿都不难,但是那些中间的过程——你的手机和计算机是如何工作的,互联网究竟是如何让你在瞬时内连接世界的……对此,你又知道多少?

大脑与这些东西有点儿类似。我们掌握了微观的细节——我们完全了解了神经传递信息的方法;我们也掌握了宏观的概念——我们知道大脑里有多少个神经元,知道主要的脑叶和结构负责控制什么,也知道这个系统会消耗多少能量。但是对于在微观和宏观中间的东西,即大脑各个部分究竟是怎么做到这些的,我们依旧一无所知。

对于大脑的工作原理,人类的无知甚至超乎想象。世界上最天才的科学家至今仍为此争论不已,没有一个人能够说出个所以然来。

在大脑的所有部位和功能中,神经学家最了解的部分莫过于视觉皮质和运动皮质。以视觉皮质为例,科学家已经找到了它与现实世界的联系。视觉皮质就好比一幅对应周围环境的地图,当某物体出现在你的视野中某个空间位置时,视觉皮质上代表这一空间位置的一小块区域就会被点亮。当物体移动时,这个亮点也会随着物体的轨迹产生相应的移动。如果你看到了现实世界中的某一个点,你可以从视网膜、丘脑,一路追踪到视觉皮质上这个点对应的位置。

说得简单点,我们在观看周围环境的时候只会看到一个三维的实体世界,比如当你看着一个杯子时,其实你看的不只是一个杯子,而是一堆像素,这时你的视觉皮质上可能有20~40处不同的映射。这些信息会以某种方式整合成一条信息流,在大脑中经过某种方式的处理之后,你只会认为自己看到的是一个杯子而不是一堆像素。换句话说,现代科学可以追踪这些像素与大脑映射之间的关系,但是没人能搞明白你的大脑究竟是怎么把这些像素整合成一个杯子的。

运动皮质是我们熟知的另一个大脑区域,科学家已经基本破译了各个身体部位大致所对应的运动皮质区域。然而它们究竟是如何协同从而产生身体动作的,至今仍然是未解之谜。

例如,同样是命令手臂做出动作,每个人的大脑和手臂之间都有一套不尽相同的神经沟通机制。神经不会说话,不会对着手臂说“动一下”,这是一种特定的电流活动模式,而且每个人的模式都不太一样。我们需要身体可以顺畅地理解“这样移动手臂”,或者“将手伸向目标”,或者“往左移动手臂、往上提、抓住、以某种力度抓住、以某种速度伸出去”这样的指令。我们做动作的时候不会想到这些,而是行云流水般地就把动作做出来了。所以,每个人的大脑都有一套跟身体交流的独特暗号。

虽然大脑的神经可塑性让我们变得如此强大,但这也导致我们的大脑变得如此难以理解,因为每个人的大脑的工作方式都取决于它之前塑造自己的方式,取决于这个人所处的特定环境和人生经历。而且,神经已经是我们最了解的大脑区域了。更令人沮丧的事实是,如果是一些更复杂的运算,例如语言、记忆和算术,我们就更不知道大脑是如何运作的了。

因此,即使在了解了你需要知道的以及不那么需要知道的各种关于大脑的奇奇怪怪的知识之后,你也依然没有解决关于大脑最核心和最本质的问题,即大脑是如何运作的。过去近200年间,科学家几乎把所有的脑区都做了标识,但整个大脑的运作机制仍然是一个深不可测、晦暗不明的谜题。在将大脑细分为很多细小的单元之后,神经学家依然无法解释这些单元是如何协同工作从而产生人类特有的知觉体验的。

但是,少安毋躁。至少现在我们已经掌握了关于大脑的背景知识,接下来,可以正式开启对“脑机接口”这个话题的讨论了。