在万圣节前一周的一个寒冷多风的下午，各种各样的灵媒、动物沟通师和占星师在纽约奥尔巴尼帝国广场下方的走廊里摆起了桌子。这个占地98英亩的建筑群中连接各建筑的巨大购物大厅是秋季活动的热门场所：啤酒节、枫糖收获节，以及今天的“神秘博览会”。
当脖子上挂着工作证的官员们在午休时间漫步经过时，人流络绎不绝。在奥尔巴尼超自然现象研究协会的桌子旁边，一位中年妇女正在庄重地解释一种电磁传感器的运作原理，她声称这种传感器可以探测到鬼魂的存在。附近，一位“千里眼”正把一名身穿西装的政府工作人员引入她的帆布帐篷。一个受欢迎的塔罗牌读心师桌前排起了长队。
在所有的喧嚣和显而易见的招揽中，神秘博览会的那些业余爱好者很少有人知道，大楼里有一位真正的读心者，他坐在走廊下方几层楼的办公室里。这位读心者还不能从你的脑海中读取童年记忆或你所爱之人的名字，至少目前还不能。但给他时间。他正在将硬科学应用于一种曾被归入千里眼范畴的抱负，而且与他的前辈不同，他能够指出一些确凿的结果。
这位读心者是格尔温·沙尔克（Gerwin Schalk），一位40岁的生物医学科学家，也是纽约州卫生部沃兹沃思中心脑机接口领域的领先专家，同时也是奥尔巴尼医学院的副教授。奥地利出生的沙尔克，与其他少数研究人员一起，参与了一项耗资630万美元的美国陆军项目，旨在建立构建“思维头盔”所需的基础科学——这种设备可以探测和传输士兵无声的语言，使他们能够彼此无声地交流。
尽管听起来不可思议，但这种被称为“合成心灵感应”的技术正越来越接近战场现实。十年内，特种部队可能潜入托拉博拉山洞，抓捕基地组织行动人员，无需手势或低语即可交流协调。或者，一个步兵排可以在震耳欲聋的交火中，心灵感应地呼叫直升机运走伤员，在爆炸声中听清语音将是不可能完成的任务。
回到最初
为了了解这项技术的早期阶段，我拜访了沙尔克像地堡一样的办公室。找到它可真费劲。我在离超自然喧嚣不远的地方跳进电梯，然后穿过一条长长的油毡走廊，走廊由两个表情严肃的哨兵守卫，最后沿着水泥楼梯下到地下的实验室和办公室群。
沙尔克坐在一台超大电脑屏幕前，周围是空空的金属书架和白色的煤渣砖墙，墙上除了他年轻家人的照片和一张人脑海报外空无一物。荧光灯闪烁着，他弯着腰在桌前点击一个电脑文件。他最近一项读心实验的志愿者出现在视频中，她正对着自己的屏幕。沙尔克解释说，她正在集中注意力，默默地想着两个元音之一：aah 或 ooh。
这位志愿者显然不是普通的实验对象。她穿着病号服，躺在一张电动病床上，头部被石膏状的绷带缠绕，固定在下巴下方。一团团电线从她头骨顶部的开口处伸出，像细长的黑色缠结一样蜿蜒垂到她的左肩。这些电线连接着64个电极，这些电极是神经外科医生在她颅骨顶部被手术移除后，直接放置在她裸露的大脑皮层表面的。沙尔克带着一丝日耳曼口音说：“这位女士患有癫痫，可能每周发作几次。”
这种被称为“脑电图”（electrocorticography，简称ECOG）的技术，主要目的是确定负责她癫痫发作的确切大脑区域，以便外科医生可以尝试切除受损区域而不影响健康区域。但还有一个巨大的额外好处：在手术前自愿参与沙尔克实验的癫痫患者，让他和他的合作者，圣路易斯华盛顿大学医学院的神经外科医生埃里克·C·路哈特（Eric C. Leuthardt），得以收集他们声称是有史以来最详细的，关于我们想象出声说话时大脑中发生的事情的图像。
倾听思想
这些图像是美国陆军多大学研究拨款资助项目的重要组成部分，也是科学界长期以来解读思想内部运作抱负的最新进展。自21世纪初以来，研究人员一直在探索如何理解和利用大脑中控制肌肉运动区域的信号，他们已经开发出探测想象中的肌肉运动、发声，甚至受试者想要移动肢体的速度的方法。
在北卡罗来纳州的杜克大学医学中心，研究人员在猴子的大脑中植入了电极，并训练它们仅凭意念就能移动数百英里外的麻省理工学院的机械臂。在布朗大学，科学家们正在研发一种类似的植入物，他们希望能够让瘫痪的人类受试者控制人造肢体。而在亚特兰大郊外的Neural Signals Inc.公司，工作人员通过将电极植入一名因丧失说话能力而瘫痪的患者的大脑声带控制区域，成功地提取出了元音。
沙尔克说，但陆军的思维头盔项目是第一个“真正攻克”合成心灵感应这一更广泛挑战的大规模努力。陆军希望为健康人提供实际应用，“而且我们正在取得进展，”他补充道。
沙尔克现在正尝试利用传感器和计算机探索大脑中负责存储和处理思想的区域，从而使无声说话成为现实。目标是制造一个嵌入脑部扫描技术的头盔，能够识别特定的脑电波，将其翻译成文字，并通过无线方式将这些文字传输给其他士兵佩戴的无线电扬声器或耳机。
当沙尔克解释他雄心勃勃的计划时，我被电脑屏幕上那个缠着绷带的病人的诡异视频迷住了。白色的条纹遮住了她的眼睛以保护她的匿名。她一动不动地躺着，给人一种她在睡觉或昏迷的印象，但她非常专注。沙尔克用笔指向屏幕侧面一个巨大的矩形区域，该区域描绘了她大脑中电活动活跃的区域。数百个黄色和白色的脑电波在黑色背景上舞动，每个都代表着当脑细胞群放电时，连接到她大脑皮层的64个电极之一所捕捉到的振荡电脉冲。
在那些蜿蜒的线条中，隐藏着沙尔克正在训练他的计算机识别和解码的模式。“理解这些非常困难，”他说。“每秒钟每个电极位置都有1200个变量。这是一大堆数字。”
沙尔克再次指向视频。志愿者头部上方有一条黑条，根据计算机猜测志愿者被指示想象哪个元音的能力，黑条会向左或向右延伸：“aah”向右，“ooh”向左。志愿者想象“ooh”，我看到黑条向左移动。志愿者想象“aah”，果然，黑条向右延伸，这证明计算机对黑色矩形中数百条蜿蜒线条的分析是正确的。事实上，沙尔克说，计算机的正确率“接近100%”。
他承认，要解码包含多个词和意义的完整、复杂的想象句子，还有很长的路要走。但即使能从大脑深处提取两个简单的元音，也是一个巨大的进步。沙尔克对他的工作走向何方深信不疑。“这是读心术的第一步，”他告诉我。
说服委员会
思维头盔项目的推动力量是一位退役的陆军上校，他拥有视觉生理学博士学位，并在空手道、柔道、合气道和日本剑术方面拥有高级段位。埃尔马·施迈瑟（Elmar Schmeisser）是一位身材瘦高、戴着眼镜的科学家，发际线后退，脖子有小树般粗细，他于2002年加入陆军研究办公室担任项目经理。在此之前，他用30年的职业生涯在学术界和各种军事研究机构工作，除其他技术外，还详尽地研究了用于保护士兵免受激光照射的眼镜。
施迈瑟从小就对思维头盔的概念着迷，他在八年级时就读过E.E.“Doc”史密斯1946年的科幻经典《太空云雀》。但直到2006年，施迈瑟在加利福尼亚州欧文市参加一个先进假肢会议时，他才真正意识到：科学终于赶上了他儿时的梦想。他当时正在听一位年轻研究员阐述从大脑表面提取信号的优点。这位年轻研究员就是格尔温·沙尔克。
沙尔克的演讲引起了轰动。许多神经科学家长期以来认为，从大脑中提取足够精确的数据来控制外部设备的唯一方法是穿透大脑皮层，将电极插入灰质以记录单个神经元的放电。通过声称他可以在不钻入大脑内部的情况下获取信息——这些信息可以让受试者移动电脑光标、玩电脑游戏甚至移动假肢——沙尔克正在挑战“该领域一个非常强大的现有教条，即了解大脑如何运作的唯一方法是记录单个神经元”，施迈瑟生动地回忆起那天。
在场的许多人对沙尔克的发现不屑一顾。但对施迈瑟来说，那是一个神奇的时刻。如果他能将沙尔克的想法更进一步，找到一种无需手术就能从大脑中提取言语思想的方法，那么这项技术不仅能极大地造福残疾人，也能造福健康人。“一切，”他说，“突然之间都变得可能了。”
第二年，施迈瑟走进北卡罗来纳州研究三角园陆军研究办公室总部的一个大型会议室，推销一个研究项目，旨在为士兵研究合成心灵感应。他在讲台前就位，面对着一张大型U形桌子，桌子前面是一排排椅子，委员会的约30位高级科学家和同事——部门主管、局长、数学家、粒子物理学家、化学家、计算机科学家以及穿着便装的五角大楼高官——正等着他。
施迈瑟有10分钟的时间和6张PowerPoint幻灯片来回答四个主要问题：该领域目前处于什么阶段？他的想法可能如何证明其重要性？陆军将从中获得什么？以及是否有理由相信它可行？
前三个问题很简单。正是最后一个问题让他犯了难。“这真的有效吗？”施迈瑟记得委员会这样问他。“向我们展示这确实可能有效的证据——证明你不是在凭空想象。”
委员会驳回了施迈瑟的提案，但授权他在接下来的一年里收集更多数据来支持他的论点。为此，他求助于沙尔克，正是沙尔克最初激发了思维头盔的想法。
沙尔克和路哈特已经进行了几年的读心实验，探索患者通过扫描仪接收到的脑电波玩视频游戏、移动光标和打字的能力。两人渴望进一步推进他们的研究，并扩展到被认为与语言相关的大脑区域，因此当施迈瑟为他们提供45万美元的资助以证明思维头盔的可行性时，他们抓住了这个机会。
沙尔克和路哈特迅速招募了12名癫痫患者作为首批实验的志愿者。正如我在沙尔克办公室的视频中看到的那样，每位患者的颅骨顶部都被移除，电极被固定在大脑皮层表面。然后研究人员在患者的病床前设置了电脑屏幕和扬声器。
患者被呈现36个具有相对简单的辅音-元音-辅音结构的单词，例如“bet”、“bat”、“beat”和“boot”。他们被要求大声说出这些单词，然后仅仅是想象说出它们。这些指令通过视觉（显示在电脑屏幕上，无音频）传达，然后再次通过听觉（无视频）传达。电极提供了由此产生的神经活动图。
沙尔克对结果很感兴趣。正如人们所预期的那样，当受试者发出一个词时，数据显示运动皮层中与产生言语的肌肉相关的区域有活动。听觉皮层和其附近一个长期被认为与言语相关的区域，被称为韦尼克区，也活跃着。
当受试者想象词语时，运动皮层保持沉默，而听觉皮层和韦尼克区仍然活跃。尽管尚不清楚这些区域为何活跃，它们在做什么，以及这意味着什么，但原始结果是一个重要的开端。下一步显而易见：深入大脑，尝试提取足够的数据，至少粗略地确定受试者在想什么。
第二年，施迈瑟向陆军委员会提交了沙尔克的数据，作为请求资助一项正式项目以开发真正读心头盔的一部分。按照他的设想，头盔将作为思维与机器之间的可穿戴接口。激活后，内部传感器将扫描士兵头部中数千个振荡的脑电波；微处理器将应用模式识别软件来解码这些脑电波并将其翻译成特定的句子或单词，然后无线电将传输信息。施迈瑟还提议为头盔增加第二个功能，以检测士兵注意力集中的方向。该功能可以用于仅仅通过看向某个方向，就能将思想导向特定的战友或小队。
这些词语或句子将到达一个接收器，然后“说出”这些词语给战友的耳机，或者从扬声器中播放出来，也许是在遥远的指挥所。这些可能性很容易想象。
“小心！右边有敌人！”
“我们现在需要医疗后送！”
“敌人在山脊上。开火！”
这些短语中的任何一个都可能救命。
这次委员会批准了。
施迈瑟办公室里的拨款申请开始堆积如山。为了最大限度地提高成功机会，他决定将陆军的资金分配给两个大学团队，它们对心灵感应问题采取了互补的方法。
第一个团队由沙尔克领导，采用更具侵入性的ECOG方法，将电极连接到头骨内部。第二个团队由加州大学欧文分校的认知科学家迈克·德兹穆拉（Mike D’Zmura）领导，计划使用脑电图（EEG），这是一种非侵入性脑部扫描技术，更适合实际的思维头盔。与ECOG一样，EEG依赖于由一系列电极捕捉到的脑信号，这些电极对神经元群放电引起的微弱电压波动敏感。与ECOG不同，EEG无需手术；电极无痛地附着在头皮上。
对施迈瑟来说，这种实用性至关重要。他最终希望得到能够让研究人员捕捉复杂思想和观念的重大神经科学问题的答案，但他同时也知道，即使是展示一个能够识别简单命令的初步思维头盔也将是一个有价值的成就。毕竟，士兵们通常使用套语来交流。例如，呼叫直升机进行医疗后送只需要少数几个特定词语。
“我们可以从那里开始，”施迈瑟说。“我们甚至可以从更低的层次开始。”他指出，例如，呼叫空袭或发射导弹不需要复杂的指令：“那将是非常好的作战能力。”
然而，脑电图（EEG）的相对易用性也付出了代价。通过脑电图来辨别神经活动的精确位置远比通过许多其他更具侵入性的方法困难，因为头骨、头皮和围绕大脑的脑脊液在电信号到达电极之前会将其散射。这种模糊也使得信号更难被检测到。事实上，脑电图数据可能非常混乱，以至于一些参与该项目的研究人员私下怀疑它是否真的能用于提取与无声思维相关的信号。
在脑海中看见文字
在项目最初的几个月里，回到2008年，德兹穆拉的关键合作者之一，著名神经科学家大卫·波佩尔（David Poeppel），坐在纽约大学心理学大楼二楼的办公室里，意识到他甚至不知道从何开始。他与研究伙伴、语言神经科学专家格雷格·希科克（Greg Hickok）一起，开发了一个详细的听觉言语系统模型，其中部分内容在教科书中被广泛引用。但这个模型中没有任何内容可以说明如何测量想象中的事物。
波佩尔思忖道，一百多年来，言语实验都遵循一个简单的计划：要求受试者听一个特定的词语或短语，测量受试者对该词语的反应（例如，他重复出声需要多长时间），然后展示该反应与大脑活动之间的联系。尝试测量想象中的言语要复杂得多；一个随机的想法就可能让整个实验偏离轨道。事实上，研究人员甚至仍然不清楚应该在大脑的哪个区域寻找相关信号。
波佩尔意识到，解决这个问题需要一种新的实验方法。他和一名博士后学生邢田（Xing Tian）决定利用一种强大的成像技术——脑磁图（MEG）来进行他们的侦察工作。MEG可以在不移除受试者部分颅骨的情况下，提供与ECOG大致相同的空间细节水平。它比EEG精确得多。
波佩尔和天将引导受试者进入一个三吨重、米色镶板的房间，该房间由一种特殊合金和铜建造，以屏蔽经过的电磁场。房间中央放着一台一吨重、六英尺高的机器，它看起来像一个巨大的吹风机，配备了能够记录神经元放电产生的微小磁场的扫描仪。将受试者引导进入设备后，研究人员会要求他们想象说出“运动员”、“音乐家”和“午餐”等词语。接着，他们要求他们想象听到这些词语。
当波佩尔坐下来分析结果时，他注意到了一些不寻常之处。当受试者想象听到词语时，他的听觉皮层以特有的红绿模式在屏幕上亮起。这部分并不令人惊讶；之前的研究已经将听觉皮层与想象中的声音联系起来。然而，当受试者被要求想象说出一个词而不是听到它时，听觉皮层却闪烁着几乎相同的红绿模式。
波佩尔最初对这个结果感到困惑。“那真是太奇怪了，”他回忆道，“为什么受试者没有说话，周围也没有人说话，却会有听觉模式出现呢？”随着时间的推移，他找到了一个解释。科学家们早就知道大脑中存在一种与运动指令相关的错误修正机制。当大脑向运动皮层发送指令，例如伸出手去抓一杯水时，它也会在大脑内部形成一个印象，即“传出副本”（efference copy），描述由此产生的动作将是什么样子和感觉。这样，大脑就可以将肌肉输出与预期动作进行比对，并进行任何必要的修正。
波佩尔认为他正在观察听觉皮层中语言的传出副本。“当你计划说话时，在你说出这个词之前，你就会激活大脑的听觉部分，”他解释道。“你的大脑正在预测它听起来会是什么样子。”
这一发现的潜在意义没有被波佩尔忽视。如果大脑能产生一个想象中的想法如果说出来会是什么样的副本，那么就有可能捕捉到这种神经记录并将其翻译成可理解的词语。然而，正如该研究领域经常发生的那样，每一次发现都伴随着一波新的挑战。制造一个思维头盔不仅需要识别出那个传出副本，还需要找到一种方法将其从大量其他脑电波中分离出来。
制造一个思维头盔
德兹穆拉和他在加州大学欧文分校的团队在过去三年里朝着这个方向迈出了小步，通过训练模式识别程序来搜索和识别特定的短语和词语。脑磁图（MEG）机器的庞大体积显然不适用于军事环境，因此该团队正在使用轻便的脑电图（EEG）帽测试他们的技术，这些帽子最终可以被集成到实用的思维头盔中。
这些帽子足够舒适，以至于实验室专家汤姆·拉帕斯经常自愿成为研究对象。在最近的一次实验中，拉帕斯穿着人字拖、短裤，戴着一顶上面附有128个浸透凝胶的电极的乳胶脑电图帽，坐在电脑前。拉帕斯盯着屏幕，脸上是专注的神情，附近扬声器里传来军事命令的轰鸣声。
“准备男爵，立即前往红色区域，”一个录音声音低沉地说道，然后停顿。“准备雄鹰，立即前往红色区域……准备猛虎，立即前往绿色区域……”当拉帕斯集中注意力时，一台电脑记录下了数百条弯曲的线条，代表着从他的头皮表面捕捉到的拉帕斯的大脑活动。拉帕斯希望，在那团数据中，存在足够独特的模式，足以区分这些句子。
有了这么多信息，问题将不是找到相似之处，而是过滤掉那些不相关的相似之处。一个简单的眨眼也会产生大量的曲线，这可能会干扰识别程序。更具挑战性的是，拉帕斯在实验的早期阶段决定不仅在听觉皮层，而且在大脑的其他区域也寻找模式。
这种扩大搜索增加了他电脑需要处理的数据量。最终，该软件能够识别测试对象想象中说的句子，但准确率仅为约45%。这个结果远未达到军事标准；在战场上，55%的错误率将是灾难性的。
施迈瑟并不沮丧。他相信合成心灵感应能够并将迅速改进到足以在战斗中发挥作用的程度。“当我们刚开始时，我们不知道它是否能实现，”他说。“我们能走到这一步真是太棒了。”波佩尔表示同意。“他们能找到任何东西，坦率地说，都让我震惊，”他说。
施迈瑟指出，D’Zmura 已经证明，测试对象可以通过思考莫尔斯电码中特定元音的点和划来打字。尽管这个练习并非实际语言，但受试者已达到接近100%的准确率。
让思维头盔与实际语言协同工作的下一步将是提高沙尔克和德兹穆拉团队使用的模式识别程序的准确性，然后逐步增加这些程序能够识别的词汇量。“我们是否能达到完全流畅的平民式言语，我不知道。那会很好。我们正在努力拓展我们能达到的极限，尽可能地扩充词汇量，”施迈瑟说。
对于一些忧心忡忡的公民来说，这项研究走得太远了。在那些多疑的人看来，军方试图制造思维头盔这一事实本身就证明了一场旨在对大众进行精神控制的阴谋。更务实的批评者则认为该项目在伦理上存在问题。自从陆军的思维头盔项目公之于众以来，施迈瑟收到了大量来自个人和组织的《信息自由法》请求，他们都对隐私表示担忧。这些文件请求耗费了无数小时。
沙尔克则决定保持低调。根据他使用更具侵入性技术的经验，他在该领域见证了相当多的争议，他预计这个项目可能会受到密切审查。“你只需要说，‘美国陆军资助研究以植入人体进行读心术，’ ”他说。“这就够了，然后你就得进行危机公关。”
德兹穆拉和他的团队，或许有些后悔，在加州大学欧文分校发布新闻稿后，就初步研究接受了采访。负面反应立即出现。德兹穆拉的收件箱开始收到一些奇怪的电子邮件，来自对政府大发牢骚或担心当局已经在监控他们思想的个人。一天下午，一位女士出现在德兹穆拉办公室外，抱怨脑子里有声音，并请求帮助移除它们。
如果合成心灵感应取得重大进展，那些担忧的声音肯定会越来越响亮。“一旦我们跨越这些障碍，我们正在做的是人类历史上从未有过的事情，那就是直接从大脑中获取信息，”埃默里大学生物伦理学家、神经伦理学领域的领军人物保罗·鲁特·沃尔普（Paul Root Wolpe）说。“我并不反对将这个头盔戴在飞行员头上，让他能够向飞机发出指令。问题在于当你试图获取某人正在思考或非语言表达的详细信息时。那完全是另一回事。颅骨应该保持绝对隐私的领域。如果隐私权有任何意义，它就意味着对我的思想内容拥有权利。”
潜在的回报
施迈瑟表示，他“从一开始”就在思考这种担忧。他断然驳斥了最极端的担忧。“这项技术和人脑的本质，”他坚称，“将阻止任何‘老大哥’式的用途。”即使是最先进的现有语音识别程序也只能达到95%的准确率，而且这还是在经过用户校准和训练以补偿口音、语调和措辞之后。施迈瑟指出，脑电波“更难”正确识别，因为每个大脑在解剖学上都不同，并受经验独特塑造。
仅仅校准一个程序以识别来自脑电波的简单句子就需要数小时。“如果你的思绪只走神一瞬间，电脑就会完全迷失，”施迈瑟说。“所以这种方法是完全合乎道德的。如果用户不想训练机器，就没有办法强迫他们。任何施加强迫的尝试只会导致更多的脑电波紊乱，即使不是因为压力也会产生，从而导致更糟糕的计算机性能。”尽管类比很简单，但合成心灵感应与神秘的读心术和精神控制概念几乎没有相似之处。施迈瑟坚称，底线是“我看不到任何风险。只有好处。”
他也没有感到任何不安，因为他的资金来自一个渴望将合成心灵感应用于战场的军事机构。在他看来，潜在的回报实在太大了。
“这个项目正试图取得科学突破，这将应用于许多方面，”施迈瑟说。“如果我们能以降低言语维度的方式接触到我们称之为大脑的黑箱，那么我们就能开始解决理解大脑如何运作——以及随之理解个体性——的根本挑战。”
亚当·哈德哈齐补充报道
[本文最初以“思维头盔”为题刊登于纸质版]
