《腦機穿越：腦機接口改變人類未來》是2015年3月17日浙江人民出版社出版的圖書，作者是米格爾·尼科萊利斯 。
基本介紹
內容簡介,作者簡介,圖書目錄,前言,精彩書摘,叢書信息,
內容簡介
《腦機穿越》講述了“人機融合”的未來，即“腦機接口時代”即將到來！在未來科技的驅動下，科幻大片的場景已逐漸走入現實。人類通過思維控制人造工具，如今聽起來無法想像的事情，在未來會成為常態。從海洋深處到超新星禁區，甚至到我們體內細胞空間的微小裂縫，人類的觸及範圍最終將追上我們探索未知領域的野心。
《腦機穿越》也是“腦機接口”的簡要發展史。作者尼科萊利從腦機接口對傳統神經科學的顛覆，到早期的“信息輸出”，即機器如何讀取大腦信息；再到目前科學家苦心鑽研的“信息輸入”問題，即反饋信號如何作用於大腦……為我們描繪了一幅人類未來新圖景！
在未來，隨著腦機接口技術的不斷完善，很多漸凍人患者、嚴重癱瘓患者也將從中受益。腦機接口有望讓這些病患重新恢復功能性運動，重新學會行走。同時，腦機接口並不只局限在醫療康復領域，作者正在進行的“大腦校園”項目將是多學科合作的典範，它將提升人們的教育、健康及生活標準。甚至，我們能進入祖先的記憶庫，下載他的思想，通過他最私密的感情和最生動的記憶，創造一次你們原本永遠都不可能經歷的邂逅……對於腦機接口將為人類帶來怎樣的未來生活，這些僅是窺豹一斑。
作者簡介
世界頂級科研機構巴西埃德蒙與莉莉·薩夫拉國際納塔爾神經科學研究所聯合創始人，美國杜克大學神經工程研究中心創始人，現任杜克大學醫學院神經生物學教授。
法國科學院院士、巴西科學院院士，常在《自然》 《科學》等國際一流學術期刊上發表論文。2004年被美國科普雜誌《科學美國人》評為全球最具影響力的20位科學家之一，其研究被《麻省理工科技評論》評為10大最具突破性的科技創新之一。
2014年巴西世界盃“機械戰甲”發明者。
圖書目錄
推薦序 跨越盧比孔河
中文版序 用意念掌控生活
引言 美妙的大腦交響樂
- 從宇宙大爆炸到人腦的形成
第一部分 傳統神經科學的顛覆
01 何為思維:數百億神經元如何相互作用
- 百萬人的吶喊
- 大腦“相對論”
- 大腦如何決策
- 大腦如何應對風險
- “觀點”從何而來
02 思維“捕手”:誰是腦機接口的精神領袖
- 阿德里安爵士：“智慧型”存在於何處？
- 托馬斯·楊與三色理論
- 戈爾季與卡哈爾的諾獎之爭
03 模擬身體:腦機互動與腦機融合
- 細胞結構學的興起與鼎盛
- 觸覺體驗與小矮人圖
- 瀕死體驗與幻肢現象
- 大腦可塑性實驗
- 腦機融合開啟人類進化新篇章
04 聆聽神經元交響樂:測量並解讀大腦信號
- 第一條腦電圖記錄
- 微電極的協助
- 微電極的局限性
- 研究從單一神經元轉向神經元群
- 多電極記錄的“呼喚”
第二部分 信息輸出：機器如何讀取大腦信息
05 老鼠如何逃脫貓爪 :感知外部世界
- 愛莎鬍鬚的秘密
- 首要鬍鬚的奧秘
- 多鬍鬚的應答
- 感覺重組
- 清醒狀態下的“標定實驗”
06 解放奧羅拉的大腦 :意念控制
- 奧羅拉，第一位人類受訓者
- 腦機接口的構想
- 用意念喝水
- 用意念操控機械臂
- 馬內實驗破解人類大腦
07 只靠思想來完成的“豐功偉績”:自我控制
- 生物反饋研究
- 嚴重殘障病人的福音
- 需要多少神經元才可靠？
- 第三類皮質神經元
08 伊多亞的偉大跨越:釋放身體與大腦的無限可能
- 侵入性療法與非侵入性療法
- 獼猴兩足行走訓練
- 第一個由靈長類大腦控制的人形機器人
- “月球行走實驗”
09 在地球客廳中感受火星紅色沙丘上的行走 :征服宇宙
- 人類與人造工具
- 身體圖式與工具同化
- 工具改變身體意向
- 大腦與行為的因果關係
- 工具同化的驚人影響
第三部分 信息輸入：反饋信號如何作用於大腦
10 第六感磁老鼠與未來實驗:思維塑造與腦聯網
- 腦聯網的暢想
- 從“信息輸出”到“信息輸入”
- 飽受爭議的大腦植入物
- 惹惱機器人專家的小白鼠
- 腦電刺激套用於腦機接口
- 與動物直接對話
11 潛伏著的“尼斯湖水怪”:內外時空的碰撞
- 永不停歇的電的海洋
- 繪製老鼠的清醒 — 睡眠周期
- 知覺體驗
- 大腦中的時空碰撞
12 越過邊界:思維之波的星際穿越
- 複雜性系統的行為預測
- 大腦越過“邊界”
- 大腦更似媒介
- “相對性”概念仍飽受爭議
結語 腦機接口與人類未來
- 莉吉婭的等待
- 機器接管地球？
- 醫療前景：重新行走項目與外骨骼
- 社會前景：“大腦校園”與數位化永生
前言
用意念掌控生活
想像你生活在這樣一個世界裡：人們通過思想來操控電腦、駕駛汽車、與他人進行交流，不再需要笨重的鍵盤或液壓方向盤……在這樣的世界裡，依靠身體動作或言語來表達意圖已經變得毫無意義。你的想法會被有效而完美地轉化為納米工具的細微操作或者尖端機器人的複雜動作。不用動手輸入一個字，也不用動口說出一個詞，你就可以在網路上與世界任何地方的任何人進行交談。足不出戶，你便能夠體驗到觸摸“遙遠星球”表面是什麼感覺。
在這樣的世界中，你可以把思想轉化為有形的動作、印象或情感，這種轉化可以發生在你身邊，也可以發生在遙遠的火星表面。你只需要動腦想一想，而完全不需要收縮任何一塊肌肉。
這種驚人的能力不僅可以讓正常人神通廣大，也可以讓殘障人士獲得新生。通過神經義肢，殘障人士能夠重新獲得運動能力。神經義肢是一種大小類似心臟起搏器的設備，它通過健康的大腦電活動來調節絲綢般纖薄的可穿戴機器人。它是一種像第二皮膚一樣柔軟精緻的馬甲，卻又像甲蟲外骨骼一樣具有保護作用。這樣的衣服可以支持一個人的體重，可以讓曾經失去希望的殘障人士重新邁開腳步，甚至再一次開始奔跑，讓他們得以自由地探索世界。
這不是奇蹟的作用，也不是魔法，一切都源於思想。是不是很令人著迷？
確實如此。這樣的世界、這樣的奇觀不再只出現在科幻作品中。它正在我們的眼前慢慢形成——就在此時此地。
這本書會帶你領略最近在大腦研究領域中出現的一系列革命性的科學突破，它們將看似不可能的腦機融合變成了驚人的現實。前沿的出版物和研究者們已經認識到了腦機接口的新發展所具有的深遠意義。2001年，世界一流技術出版物，《麻省理工科技評論》（MITTechnologyReview）把腦機接口領域稱為將會改變世界的10大新興技術之一。之所以會有這樣的評價，是因為腦機接口在最初的10年中獲得了非凡的成就。在這短短的10年中，我們的實驗室以及世界各地其他的實驗室在動物實驗和初期的人類研究中已經證明，被試可以只通過腦活動，在身體沒有任何動作的情況下，實時地控制機器人手臂和腿的運動，這種控制可以是本地控制，也可以是遠程控制。
這些快速取得的發展成果成為了當代歷史上最偉大、最激動人心的科技與醫學探索之一。然而，目前還沒有一本書來描寫促成這一領域誕生的構想，也沒有一本書向我們展示使癱瘓的人們重新行走的一系列科學突破。現在，科學家已經能夠利用大腦信號來控制機器了，但沒有人探索由此產生的令人鼓舞又令人擔擾的想像。
本書從這一新興領域的先驅者的視角，運用清晰的科學解釋、現實的預測以及幽默而熱情的語言探索了這個迷人領域的方方面面。書中探討的驚人發現和科學壯舉使我們可以進一步了解已知的最複雜的“星塵”產物——人類的大腦。我們“內在的宇宙”沒有形成星系，而是孕育出了生命的本質：意願、夢想、記憶、愛、恨、欲望和痛苦。大腦就像一個宇宙，它所容納的細胞就像天上的星系一樣多。它是自我的基本結構，使我們每個人都具有獨一無二的特點，但同時每個人又是如此相似。
書中的內容還有助於我們理解，當我們有能力弄明白大腦中的電風暴所產生的私密信息的意義時，作為一個物種，我們可能成為什麼以及我們應該怎么做。雖然這些神經元風暴像夏日夜空中划過的雷暴一樣具有自然天成的優美與無邪，但解讀這些雷電的秘密不僅會給充滿敬畏的我們帶來絕妙的快樂，還會使我們陷入錯綜複雜的困境。
因此，我非常欣喜地將這本書的中文版介紹給中國的讀者們，希望你們會有非凡的閱讀體驗。
精彩書摘
美妙的大腦交響樂：從宇宙大爆炸到人腦的形成
當第一聲小提琴聲穿過大廳的大理石牆壁，忽隱忽現地從二樓婉轉而下，來到空無一人的醫學院大樓門前時，我不禁被這荒謬的情形搞得有些惶然。畢竟，沒有一位醫學院的學生會想到，自己會在半夜、在最繁忙的急診室的短暫休息時間裡，聆聽協奏曲。然而，我最初的侷促很快被音樂的美妙所取代。它呼吸著全新的生命，充滿了希望與冒險，氤氳在熱帶潮濕的夏夜裡。也許這就是為什麼25 年前吸引我的琴聲，時至今日仍令我記憶猶新，仍會讓我驚嘆那曲調的優美。一個個沒有意義的音符匯聚成了最熱切的請求，召喚我追隨這迷人的音樂。我三步並兩步地跑上樓梯，悄悄地穿過狹長的走廊，站到了禮堂的入口。那裡正在演奏偉大作曲家華格納（Wagner）的歌劇《帕西法爾》（Parsifal）的序曲“晚禱”。它美得令人無法抗拒，我隨著音樂進入了禮堂。
我失望地發現，禮堂里燈火通明，枝形吊燈全都亮著，只有一位上了年紀、衣著講究的紳士在忙著修理出了故障的投影儀。顯然，這些年來這台投影儀放了太多的幻燈片，已經不堪重負了。除此之外什麼都沒有。禮堂建於20 世紀20 年代末，聖保羅大學醫學院的禮堂都堪稱節儉的典範。在禮堂的前面，是一個像盒子一樣規整的舞台，這就是教授傳道授業的空間。一張沉重的木頭桌子、一把牢固的椅子以及一面相當陳舊、可以滑動的黑板便構成了教師的“一畝三分地”。學生的座椅被筆直地排成一排一排的，這使得一些學生可以占據最後一排，其中也包括我。坐在最後一排是為了在沒完沒了的上課期間避開教授充滿權威感的凝視。
而此刻，我打開講禮堂門的聲音驚擾了這位梳著平頭、穿著質樸的實驗室工作服的老人。他轉向我，輕鬆地微笑了一下，然後招了招手，好像我們已經認識多年，另一隻手還在忙著修理投影儀。令人沮喪的是，我在講台上看到了證明這位先生與那晚的獨奏會有關的證據。那裡有一個唱機的轉盤、兩個看起來挺昂貴的揚聲器，還有一些柏林愛樂樂團的唱片封面。
“進來吧，歡迎！我們有紅酒和乳酪。今晚投影儀有點問題，不過我們很快就會開始。順便說一下，我是塞薩爾· 艾瑞爾教授（César Timo-Iaria），教這門課。”
在他話音未落時，投影儀發出了金屬的“砰”的一聲鳴響，一束光照在了禮堂的螢幕上。還沒等我答話，他便迅速地改變了位置，站到了投影儀的後面，看起來很像站在船橋上、久經戰爭考驗的海軍上將。在將吊燈調暗，等著第二張唱片開始播放時，他饒有興致地撥弄著幻燈片——我只有童年時在舊社區的狹窄街道上踢足球時看到並體驗過這種樂趣。我獨自坐在黑暗中，歌劇《唐懷瑟》中的歌唱在整個禮堂里迴響，螢幕上掠過與醫學課毫不相關的圖像。我感到激動並被深深吸引，以前聽任何講座都沒有這樣的感受。
“您教的是什麼課？”我問。
“生理學概論。”艾瑞爾教授答道，他沒有看我。
為了確認自己沒聽錯，我又看了看螢幕。就像所有的醫學院學生一樣，我在幾年前就學過必修的生理學概論。在我看來，我看到的圖像與以前學過的內容完全不匹配。
“怎么會？”我繼續問。
“什麼怎么會，孩子？”他反問道，依然沒有看我。
“這怎么會是‘生理學概論’？我的意思是，您的幻燈片，它們只是在展示……”
“是嗎？”看起來，我的不適讓他感到好笑，似乎以前這種情況發生過很多次。“繼續說，告訴我是什麼讓你這么吃驚。”
音樂、這些圖像以及半夜裡在又大又空的禮堂里講課的老人……一切都顯得那么不合常理。我有些困惑：“您展示了一些星星、銀河的圖像。看，現在螢幕上是一個電波望遠鏡。這怎么可能是生理學概論課？”
“嗯，這只是起點。一切都起源於那裡，在大約150 億年中，從宇宙大爆炸發展到人腦的形成。這真是一段漫長的旅程，不是嗎？我會來解釋我的意思。”
我看著艾瑞爾教授一張張地展示幻燈片，這似乎是無盡的視覺巡遊：閃爍的螺旋形銀河、處於萌芽階段的星團、頑皮的星雲、具有反叛性的彗星以及爆炸的超新星。它們描繪著人類心智從無到有的史詩。音樂伴隨著這些圖像流淌，它似乎是宇宙眾神創作的。行星形成了，大部分土地光禿禿的，沒有生命的跡象。然而，幾十億年前，至少一個有趣的實驗導致了生物化學及遺傳機制的出現，使生命得以維持與繁衍。之後，生命開始變得繁盛，努力求生，永遠充滿了希望與志向，並通過許多完全不可預知的路徑開始進化。
接下來，我看到了第一對原始人類伴侶肩並肩行走的圖像。那是數百萬年以前的一個夜晚，在非洲中部，也就是今天衣索比亞的阿法爾沙漠。正當華格納歌劇中的唐懷瑟拒絕長生不老，只想體驗凡人的生活，最終從維納斯那裡獲得自由時，我看到人類的祖先，第一次仰望無邊無際的天空，充滿了敬畏與恐懼。他們的大腦中電波涌動，搜尋著我們今天還在苦苦思索的問題的答案。我意識到，這些膽怯而好奇地看著天空的原始人類，開始了漫長而宏偉的接力賽。從那以後，世世代代的人類都在尋找有關存在、意識以及周圍一切的意義的本質解釋。這是記錄科學誕生的歷史的最好方法。顯然，這位站在船橋上、經驗豐富的海軍上將非常了解如何駕駛他的輪船。
《唐懷瑟》中朝聖者的合唱漸漸消失，宣告那是最後一張幻燈片。我們倆都陷入了肅穆的沉默中。幻燈片顯示的是人類大腦的側面圖。幾分鐘後，艾瑞爾教授打開燈，從講台上走下來，靜靜地朝禮堂的大門走去。在離開之前，他轉過身，好像要說再見，但他說的是：“這是生理學概論的第一課，但我忘了告訴你，我還教授神經生理學的高級課程。明天晚上是第一堂課，我強烈建議你也來聽聽。”
我還沒有從剛才的震撼中回過神來，只問了一句：“我需要做什麼才能選修這門課？”艾瑞爾教授笑了笑，在走出禮堂時，他給我——他終身的學生，提出一個如此毫不費力的選課建議：“只要跟隨著音樂就可以了。”
神經元投票與“人性”的產生
在過去的25 年裡，我一直牢記艾瑞爾教授不可動搖的信念，音樂和科學方法代表了人類思維無盡辛勞與痛苦的最令人震驚的副產品。這也許可以解釋我為什麼會選擇將聆聽一種非常不同的音樂，即腦細胞創作的“交響樂”作為我畢生的事業。
從技術角度來說，我是一名系統神經生理學家。至少這是同事們對我和我的學生們工作方式的定義。我們在北卡羅來納州達勒姆（Durham）的杜克大學神經工程研究中心的實驗室中工作。用通俗的話來說，系統神經生理學家就是研究各種神經迴路背後的生理原理的人。這些神經迴路由大腦中數千億神經細胞構成的神經纖維組成。在複雜程度與連線的廣泛性方面，大腦網路使得人類發明的任何輸電網路、計算網路或機械格柵都相形見絀。它使每個單一的腦細胞，即神經元，能夠與其他幾百或者幾千個神經元建立直接的聯繫。由於神經元具有獨特的形態，因此它們可以通過細胞觸點，即突觸，專門接收和傳遞微小的電化學信息。神經元使用突觸與其他神經元進行交流。正是通過這些廣泛連線、具有高度活力的細胞網路，大腦才能完成它的主要任務：作出大量專門化的行為。這些行為共同定義了我們常常引以為傲的“人性”。
從人類開始出現直到今天，這些微小的神經網路便通過控制大量毫伏級的神經放電，為我們每個人以及每位祖先的每一次思考、創造、破壞、發現、掩飾、交流、征服、引誘、屈服、愛、恨、快樂、悲傷、團結、內省、歡欣提供了條件。如果其他人類事業沒有占用“奇蹟”一詞，那么在神經科學家報告大腦迴路所創造的奇蹟時，我認為全社會應該授予他們使用這個詞的專有權。
對於像我一樣的大多數系統神經生理學家來說，我們的終極追求是破解產生豐富人類行為的神經生物放電的生理機制。然而，在追求這個神聖終極目標的過程中，過去200 年間的神經科學將太多的努力投入到了哪個腦區負責哪種功能或行為的激烈爭論之中。其中一個極端是激進的局部論者，他們是“顱相學之父”弗朗茲· 加爾（Franz Gall）的繼承人（不過他們通常不承認這一點）。他們堅定地認為，大腦的不同功能是由高度專門化、相互區隔的神經系統產生的。而另一端是人數較少、但發展迅速的一群人，我稱之為分布論者。他們認為，人類大腦依賴的不是獨特的專門化，而是訴諸於分布在各個腦區的多任務神經元群體，從而實現每個目標。為了證明這種觀點，分布論者提出，大腦的生理機制類似於選舉，分布在不同腦區的大量神經元參與了投票，雖然投票的數量很小而且不等，但最終產生了人類的行為。
