脑机穿越

 世界顶级科研机构巴西埃德蒙与莉莉•萨夫拉国际纳塔尔神经科学研究所联合创始人，美国杜克大学神经工程研究中心创始人，现任杜克大学医学院神经生物学教授。  法国科学院院士、巴西科学院院士，常在《自然》 《科学》等国际一流学术期刊上发表论文。2004年被美国科普杂志《科学美国人》评为全球最具影响力的20位科学家之一，其研究被《麻省理工科技评论》评为10大最具突破性的科技创新之一。  2014年巴西世界杯“机械战甲”发明者。

 《脑机穿越》讲述了“人机融合”的未来，即“脑机接口时代”即将到来！在未来科技的驱动下，科幻大片的场景已逐渐走入现实。人类通过思维控制人造工具，如今听起来无法想象的事情，在未来会成为常态。从海洋深处到超新星禁区，甚至到我们体内细胞空间的微小裂缝，人类的触及范围最终将追上我们探索未知领域的野心。  《脑机穿越》也是“脑机接口”的简要发展史。作者尼科莱利从脑机接口对传统神经科学的颠覆，到早期的“信息输出”，即机器如何读取大脑信息；再到现在科学家苦心钻研的“信息输入”问题，即反馈信号如何作用于大脑……为我们描绘了一幅人类未来新图景！  在未来，随着脑机接口技术的不断完善，很多渐冻人患者、严重瘫痪患者也将从中受益。脑机接口有望让这些病患重新恢复功能性运动，重新学会行走。同时，脑机接口并不只局限在医疗康复领域，作者正在进行的“大脑校园”项目将是多学科合作的典范，它将提升人们的教育、健康及生活标准。甚至，我们能进入祖先的记忆库，下载他的思想，通过他最私密的感情和最生动的记忆，创造一次你们原本永远都不可能经历的邂逅……对于脑机接口将为人类带来怎样的未来生活，这些仅是窥豹一斑。

推荐序 跨越卢比孔河 段永朝 财讯传媒集团首席战略官 卢比孔河，是古罗马时期意大利与高卢的天然边界。公元前49 年，凯撒统一整个高卢之后，挥师南下，来到亚平宁半岛卢比孔河的北岸。按照罗马帝国的法律，任何帝国指挥官都不可跨越卢比孔河进入罗马，否则将视为背叛。凯撒心意已决，决定渡河。渡河时，他说了这样一句流传千古的话：“The die has been cast ！”从此，这位未来的凯撒大帝，迈出了征服欧洲、缔造罗马帝国的第一步。 中文版序 用意念掌控生活 引言 美妙的大脑交响乐 我看到人类的祖先，第一次仰望无边无际的天空，充满了敬畏与恐惧。他们的大脑电波涌动，搜寻着我们今天还在苦苦思索的问题的答案。我意识到，这些胆怯而好奇地看着天空的原始人类，开始了漫长而宏伟的接力赛。从那以后，世世代代的人类都在寻找有关存在、意识以及周围一切的意义的本质解释。 从宇宙大爆炸到人脑的形成 第一部分 传统神经科学的颠覆 01 何为思维:数百亿神经元如何相互作用 “孩子，我们不会记录单一的神经元，原因和你几天前参加的政治集会一样。如果参加抗议活动的不是100 万人，而是只有1 个人，那它将是一场灾难。对于大脑来说也是如此。大脑不会注意单个神经元的电活动。要决定下一步该怎么做，需要很多细胞一起歌唱。” 百万人的呐喊 大脑“相对论” 大脑如何决策 大脑如何应对风险 “观点”从何而来 02 思维“捕手”:谁是脑机接口的精神领袖 戈尔季的神经网络观点在1906 年遭到了许多神经学家的嘲笑。但事实证明，这一观点激励了一代又一代的分布论者坚持自己的信念，其中包括拉什利、普法夫曼、赫布和埃里克森。 阿德里安爵士：“智能”存在于何处？ 托马斯•杨与三色理论 戈尔季与卡哈尔的诺奖之争 03 模拟身体:脑机互动与脑机融合 当我们学会让大脑直接与人造工具进行互动时，大脑会把这些工具同化为我们身体的一部分。我相信，大脑对融合工具的渴望将开启人类进化的新篇章，它将为我们延展身体边界，甚至以非常独特的形式达到“永生”，比如为子孙后代保存我们的思想。 细胞结构学的兴起与鼎盛 触觉体验与小矮人图 濒死体验与幻肢现象 大脑可塑性实验 脑机融合开启人类进化新篇章 04 聆听神经元交响乐:测量并解读大脑信号 读着美国国立卫生研究院的批准函，我很快意识到，如果查宾打算做的实验真的成功了，那么它必然会对神经生理学领域产生巨大的影响。有史以来第一次，人类有了通向最神秘莫测的大脑研究的科学线路图。在大脑中，分散在各处的神经元群所产生的电风暴汇聚成了思维之流。 第一条脑电图记录 微电极的协助 微电极的局限性 研究从单一神经元转向神经元群 多电极记录的“呼唤” 第二部分 信息输出：机器如何读取大脑信息 05 老鼠如何逃脱猫爪 :感知外部世界 为了证明我们的观点，我们决定向1982 年的惊悚片《火狐》学习。在电影中，演员克林特•伊斯特伍德利用一个头盔，设法从苏联偷到了一架秘密飞机。那个头盔能让他用俄语思考，而且不用动手就能驾驶飞机。或许我们也可以将大脑与一台机器连在一起，让机器服从大脑自发的动作意愿。 爱莎胡须的秘密 首要胡须的奥秘 多胡须的应答 感觉重组 清醒状态下的“标定实验” 06 解放奥罗拉的大脑 :意念控制 奥罗拉可以仅凭意念来玩电子游戏了，而不再需要使用自己的手臂。然而，更令人吃惊的事情正在发生：当奥罗拉的神经元直接控制机械手臂的运动时，她的大脑将机器同化到了她的神经元身体意向中——好像机械手臂是她自己身体的延伸。 奥罗拉，第一位人类受训者 脑机接口的设想 用意念喝水 用意念操控机械臂 马内实验破解人类大脑 07 只靠思想来完成的“丰功伟绩”:自我控制 只要奥罗拉继续让光标穿过目标，她便能得到一口果汁奖励，无论她的肌肉保持静止还是进行收缩。不过，当她发现不用动手臂也能得到自己渴望的奖励时，她就主动克制了自己的身体运动，只靠 思想来完成她的“丰功伟绩”。 生物反馈研究 严重残障病人的福音 需要多少神经元才可靠？ 08 第三类皮质神经元伊多亚的伟大跨越:释放身体与大脑的无限可能 我们所有人，包括伊多亚，都静静地呆立着，充满敬畏地欣赏着屏幕上远在日本的机器人的脚步。机器人的每一步都是由几百毫秒前生命的原始电呼吸精心打造出来的。这些电呼吸就像神圣的天赋，它们来自一个欢快的灵长类大脑，而现在这个大脑得到了解放。 侵入性疗法与非侵入性疗法 猕猴两足行走训练 第一个由灵长类大脑控制的人形机器人 “月球行走实验” 09 在地球客厅中感受火星红色沙丘上的行走 :征服宇宙 我在想，自我是否能够通过在另一个星球上的机械设备，感受到那个陌生星球的表面？真到了那一天，我们的后代肯定无法理解，为什么之前生活在地球上的世世代代的人类会认为，坐在地球客厅的沙发上，想象在火星红色沙丘上漫步、感受冰冷的沙子被踩在脚下的感觉，会是非常惊人的举动。 人类与人造工具 身体图式与工具同化 工具改变身体意向 大脑与行为的因果关系 工具同化的惊人影响 第三部分 信息输入：反馈信号如何作用于大脑 10 第六感磁老鼠与未来实验:思维塑造与脑联网 在我们的脑对脑界面中，无论“探索鼠”胡须所感知的孔是宽还是窄，“解码鼠”只能依靠自己大脑中与“探索鼠”触觉体验相关的部分电生理转换，来判断自己的胡须永远触及不到的孔的直径。每当“解码鼠”判断正确，并因为良好的表现而获得奖励时，“探索鼠”会因为成功地将知觉体验传递给了同伴而获得额外的奖励。 脑联网的畅想 从“信息输出”到“信息输入” 饱受争议的大脑植入物 惹恼机器人专家的小白鼠 脑电刺激应用于脑机接口 与动物直接对话 11 潜伏着的“尼斯湖水怪”:内外时空的碰撞 在某一时刻，两种时空信号，即传入的周围信号与大脑内部动态状态的相遇，会产生真正的电活动模式，这便是一个人对世界的知觉。相应地，相同的周围感觉刺激会遇到两个不同的内在动态状态，产生完全不同的活动模式，因此会引发同一个被试不同的知觉体验。 永不停歇的电的海洋 绘制老鼠的清醒 — 睡眠周期 知觉体验 大脑中的时空碰撞 12 越过边界:思维之波的星际穿越 在足球比赛中，球员在球场上进行互动，遵循着底层结构，直逼身体极限。防守和进球的机会出现在他们面前，他们要基于比赛模型作出最优决策。从始至终，系统都保持着相对性，并根据在时间与空间不断变化的背景中出现的集体想法采取行动。 复杂性系统的行为预测 大脑越过“边界” 大脑更似媒介 “相对性”概念仍饱受争议 结语 脑机接口与人类未来 通过意念控制人造工具，人类会出现在各种遥远的环境中。如今听起来无法想象的事情，在未来会司空见惯。从海洋深处到超新星禁区，甚至到我们体内细胞空间的微小裂缝，人类的触及范围最终将追上我们探索未知领域的野心。 莉吉娅的等待 机器接管地球？ 医疗前景：重新行走项目与外骨骼 社会前景：“大脑校园”与数字化永生