科學家欲精確描繪霍金大腦思想

  　過去30年里，患有運動神經(jīng)疾病的英國物理學家斯蒂芬·霍金一直用殘存的肢體能力，表達這顆世界聰明大腦里的所思所想。但眼下，隨著身體機能不斷衰退，一切奧妙的思想可能都要封存在這顆大腦里了。

　　全球的科學家可不允許這樣糟糕的情況發(fā)生。“現(xiàn)在他正和不同團體合作，研究新的技術(shù)。”負責管理霍金溝通設(shè)備的助理約瑟夫·伍德對中國青年報記者說，“這些技術(shù)都代表著科學發(fā)展的方向，將為人類的通訊帶來新希望。”

　　引人注目的莫過于一套名為“iBrain”的腦神經(jīng)設(shè)備。它由美國腦神經(jīng)科學家飛利浦·婁領(lǐng)頭研發(fā)，眼下正針對霍金開展實驗。

　　“希望有一天霍金能夠繞開殘障的身體，僅靠‘想法’就能與外界溝通。”他說。

　　從外形上看，“iBrain”酷似一條簡約的黑色頭帶，上面安裝了火柴盒大小的傳感器，“比一盒香煙還輕”。它的重要使命是檢測腦電波，了解人們“正在想什么”。

　　盡管實驗結(jié)果目前仍未正式發(fā)布，但婁對“心想事成”的前景雄心勃勃。“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當霍金教授正在想某些東西時，設(shè)備可以檢測出來。”這位美國科學家說，“這實在太令人興奮了，這意味著那些癱瘓的、不能與外界溝通的人，可能很快會得到幫助。”

　　我們可以精確地描繪霍金的大腦里正在發(fā)生什么

　　當婁帶著iBrain設(shè)備來到霍金位于劍橋大學的辦公室時，這位有“宇宙”之稱的英國科學家面無表情。他一動不動地躺在輪椅上，頭向左歪斜著，全身還能運動的，只剩下右眼下方的臉頰肌肉。

　　過去幾年來，這一小塊肌肉成了霍金與外界溝通的工具。他的眼鏡鏡框上掛著一個小小的紅外線感應器，感應器又連著他的電腦。只要動一動臉頰，霍金就可以操作電腦上為他定制的一份特殊菜單。“他可以獨立地回復郵件，與別人聊天，上各種網(wǎng)頁。”伍德說。

　　婁想到的卻是另一種完全不同的溝通方式。他小心翼翼地為霍金佩戴上iBrain頭帶，讓后者“想象自己正在將右手握成一個拳頭”。

　　“當然，他的手已經(jīng)不能真的運動了，但他大腦的皮質(zhì)運動區(qū)依然會發(fā)布命令，在腦中產(chǎn)生電波。”婁解釋說，人腦細胞多如繁星，約有1000多億個，為了完成某項指令，細胞之間互相發(fā)布信號進行溝通，而iBrain能夠檢測出信號的變化。

　　這項實驗自去年夏天就已啟動。婁反復讓霍金想象自己正在操作不同的動作， 同時一一記錄下與霍金“某個想法”相配對的腦電波信號，實驗結(jié)果將匯聚成一個“超級龐大的腦電波數(shù)據(jù)庫”。

　　“我們想看看霍金的大腦能不能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的信號模式，以便用電腦將這些信號翻譯成一個字母，一個單詞，或者一個命令。”婁說。

　　事實上，這樣的溝通方式在腦神經(jīng)科學界早已不是神秘技術(shù)。清華大學專攻神經(jīng)工程學的教授高小榕介紹，這種技術(shù)意味著“直接從大腦提取信號，去控制人體外部各種各樣的電子設(shè)備”，被稱為“腦機接口”。早的研究起步于上世紀70年代的美國。

　　2005年，清華大學也向公眾展示了一項奇特的機器狗實驗。人們只需坐在椅子上，光憑自己的大腦就能控制身邊一只機器狗的運動，“人想著左手運動，狗就往左邊走，想著右手運動，狗就向右邊走”。

　　背后的原理其實并不玄妙。實驗時，人們戴上一個附有傳感器的頭罩，頭罩連接著一臺計算機，計算機又連接著機器狗。人們只要“想一想”，計算機便可以讀取到相應的腦電波，將腦電波翻譯后，再向機器狗發(fā)出指令。

　　不過，要讓計算機讀取清晰的腦電波，人們還得先接受培訓，學習“怎么想”。高小榕說，由于不同人控制大腦的能力有差異，有的人只需半小時就能學會控制機器狗，有的人則要花幾個小時。

　　在英國劍橋，婁讓前往采訪的《紐約時報》記者一同參與實驗，想象某樣東西，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“霍金比記者做得好很多”。“霍金的大腦擁有特別厲害的專注能力。”婁說。

　　對于腦電波，高小榕介紹，目前國際上的觀測水平還只能讀取“粗糙的想法和意圖”，比方說人們想移動左手、右手、雙腳或者舌頭，但還不能檢測出例如“我想喝杯茶”這樣具體的信息。

　　部分原因是由于大部分的檢測儀器都置于頭皮以外，離大腦的信號發(fā)射源很遠。“這就像你站在大禮堂的外面，卻想聽清楚大禮堂里頭到底誰在說話。”高小榕比喻說。

　　但婁希望打破這個限制。早在攻讀博士學位時，他已經(jīng)設(shè)計出一套算法，用于“翻譯”這些相對微弱的腦電波。利用這套算法，婁可以將霍金的腦電波變成一張形象的“大腦活動地圖”，追蹤霍金具體的想法。

　　“有了這套算法，還有腦電波數(shù)據(jù)庫，我們就可以精確地描繪霍金的大腦里正在發(fā)生什么。”婁對中國青年報記者說。通過之前的實驗，他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)iBrain可以檢測出人們一些具體的想法，“比方說一個人正在想象自己在家里，看著睡床”。

　　對于實驗結(jié)果，婁目前不愿透露太多。他計劃在今年7月，與霍金一同出席在劍橋大學舉辦的一個神經(jīng)科學大會，公布他從霍金大腦中得到的所有數(shù)據(jù)。“很長時間以來，人們都以為不能從人腦中讀取精確信息，但事實是，我們正在證明，這是可以做到的。”婁說。

　　如果沒有這些輔助手段，霍金大概活不到今天

　　這并不是霍金次走到溝通技術(shù)發(fā)展的了。

　　早在1986年，霍金就開始使用一部聲音合成器，幫助他將寫好的文字轉(zhuǎn)化成聲音。此前一年，他感染了肺炎，不得不進行氣管切開術(shù)，從此失去了說話的能力。

　　為了讓霍金重新“發(fā)聲”，劍橋大學研究適應性溝通的學者大衛(wèi)·馬森找來當時的電話答錄機研究一番，成功改裝出一部當時極其罕見的聲音合成器。雖然這部機器生成的聲音“有點像機器人”，“還帶著些美國口音”，但霍金欣然接受了它。如今，這略顯生硬的聲音早已成為霍金的標志之一。

　　在當時，隨著運動神經(jīng)疾病的不斷惡化，霍金身上只有幾根手指能夠運動了。美國一家計算機公司的科學家專門設(shè)計了一個觸碰式鼠標，以及一個不斷滾動著26個英文字母的電腦界面。當特定字母出現(xiàn)時，霍金只需輕抬手指，便能選中字母。選中頭幾個字母后，電腦還會進一步聯(lián)想，為霍金提供一些合適的詞語。

　　要維護好這一套先進的設(shè)備并非易事。曾連續(xù)5年擔任霍金技術(shù)員的森姆·布萊克本至今記得，他會在深夜1點收到霍金私人助理的電話：“斯蒂芬現(xiàn)在說不了話，我們該怎么辦？”

　　而到了后來，霍金甚至連一根手指也動不了了，布萊克本又將鼠標改成了一個感應臉頰運動的紅外線感應器，霍金的手指功能便被一小塊臉頰肌肉所替代。

　　高小榕說，長久以來，幫助殘疾人使用計算機的傳統(tǒng)理念就是“利用各種各樣的殘存能力”，這可能是一根能夠活動的手指，甚至是“呼吸吹氣的能力”和“舌頭活動的能力”，后來人們才開始“異想天開”，“想象直接從腦子里提取信號”。

　　“如果沒有這些輔助手段來幫助霍金，他大概活不到今天。”高小榕說，殘疾人一旦不能正常表達自己，告訴別人自己哪里不舒服，生命便會受到影響。

　　2010年，高小榕與同事曾給一個與霍金相似的殘疾人裝上輔助溝通設(shè)備，讓他通過眨眼睛來操作電腦。沒想到，這位殘疾人“說”的句話竟然是“我心臟不舒服，帶我去醫(yī)院”，這讓高小榕大為震驚。

　　不過，霍金做到的還不僅僅是生存下來。在幾個手指還能動彈的時候，他通過輔助設(shè)備寫出了許多講義、論文，和包括暢銷書《時間簡史》在內(nèi)的不少經(jīng)典著作，盡管他快的“打字”速度僅僅是每分鐘4個英文單詞。

　　“斯蒂芬一個字母一個字母地撰寫、編輯了《時間簡史》，這真讓人難以置信。”伍德說。

　　霍金還曾經(jīng)參演美國大片《星際爭霸戰(zhàn)》，又在熱門動畫片《辛普森一家》真人版中露過臉。今年4月，他在萬眾期待下出現(xiàn)在美國當前受歡迎的電視劇《生活大爆炸》中，用經(jīng)典的“機器人聲音”對男主角說：“你關(guān)于希格斯粒子是個黑洞，而且能加速時間反演的理論非常吸引人——只可惜它是錯的。”

　　21歲時，這個剛剛嶄露頭角的英國科學家被確診患有運動神經(jīng)疾病，醫(yī)生斷言他將在隨后2～5年內(nèi)離開人世。然而，今年1月8日，霍金已經(jīng)度過了人生中第70個生日，全世界的宇宙學家齊集劍橋大學，為他舉辦了為期4天的慶?；顒?。

　　慶典的高潮是霍金通過輔助設(shè)備發(fā)表的題為“我的簡史”的公開演講。“記住，要抬頭看天上的繁星，而不是低頭看自己的雙腳。”霍金在演講中說。

　　一套設(shè)備用久了，就變成了他的一部分

　　實際上，霍金大概正不得不面對令他無奈的現(xiàn)實。因為身體不適，他未能出席不久前自己的生日慶典。

　　“霍金‘說話’越來越慢了，在糟糕的日子里，他一分鐘只能說出一個單詞。”霍金的私人助理朱迪絲·凱蘿絲戴爾說，“這可能是由于臉頰肌肉的退化，我們正在尋找辦法改善情況。”

　　除了iBrain外，英特爾公司也正在緊鑼密鼓地為霍金研發(fā)新技術(shù)。“我們可以看看‘表情識別’技術(shù)是否可行，熟悉霍金的人說，他們還是可以分辨出他的一些表情。”英特爾首席技術(shù)官賈斯丁·阿特納說。

　　對霍金來說，用“表情”來替代臉頰肌肉的溝通手段或許更容易接受。“對新技術(shù)，斯蒂芬總是滿懷熱情的，不過說到要替代他當前所用的設(shè)備，他的態(tài)度就有些不一樣了。”伍德說，“這是可以理解的，一套設(shè)備用久了，就變成了他的一部分。”

　　盡管更輕便、發(fā)聲更流暢的發(fā)聲合成器早就在美國普及，但直到現(xiàn)在，霍金依然在使用上世紀80年代的那一部合成器，并對它情有獨鐘。“這是我聽過的好的聲音。”霍金曾經(jīng)這樣說。

　　每一回有新的通訊專家給霍金展示新技術(shù)時，他操作當前系統(tǒng)的速度還會突然變得快起來。“他一定要去證明，自己還有能力使用目前的系統(tǒng)。”布萊克本說。

　　據(jù)伍德透露，今年下半年，霍金希望嘗試英特爾研發(fā)的新技術(shù)。“但如果情況有變，我會試試飛利浦·婁的系統(tǒng)。”霍金說。

　　婁希望確保的是，“即使有一天霍金完完全全癱瘓了，也可以讓他僅靠大腦就能與外界溝通”。

　　高小榕認為，“腦機接口”技術(shù)是幫助殘疾人的“終方向”，比起利用不同殘存能力的各種設(shè)備，“腦機接口”可以提供“通用、全面的解決方案”。

　　高小榕想象，在很久以后的未來，“腦機接口”技術(shù)可能會為人類創(chuàng)造一個類似電影《阿凡達》所描述的奇幻世界。“一個人躺在那里，他只要去想，我們就可以將他的想法翻譯出來，去控制另一個實體。”高小榕說。

　　對這種大膽的溝通手段，許多人目前還持保守態(tài)度。高小榕不時會收到市民的來信，表達對這種類似“讀心術(shù)”的技術(shù)的擔憂，害怕有一天“自己的大腦被控制”。

　　但在婁看來，“腦機接口”的主要目標還是幫助人們更好地溝通，恐懼大可不必。“與我們不一樣，世界上有很多人失去了與別人溝通的肢體能力，但他們同樣有強烈的渴望，去表達自己。”婁說，“我認為，這個世界不應該害怕溝通。”