“我们先创造工具，然后工具再塑造我们。”——马歇尔·麦克卢汉
亚特兰大的一个夏日，天气闷热得令人窒息。科学家兼医生菲利普·肯尼迪的日程排得满满的，所以他建议我在他开车去佐治亚州鲍登小镇的路上采访他。鲍登就在亚拉巴马州州界以东。他每年阵亡将士纪念日都会去那里的一座小墓园。
我们在红砖砌成的沙地平浸信会教堂后停下车。头顶烈日炎炎，白色碎石停车场的反光几乎让人睁不开眼。但肯尼迪确切地知道他要去哪里。他迅速穿过一片片由精心修剪的草坪覆盖的简朴墓地，然后停下脚步，弯下腰。这位科学家显然被内心的思绪触动，他触摸着一块简单的墓碑，在旁边留下了他为安葬在这里的人写的一篇悼词，他称此人为英雄。
约翰尼·雷于六年前的今天去世，他曾是肯尼迪的病人、研究对象，也是世界上第一个人类半机械人，他被植入了大脑植入物，使其能直接与计算机交流。
肯尼迪是神经信号公司的首席科学家，这家公司由他在1987年创立，旨在开发一种脑机接口（BCI），不过他更喜欢用“神经假体”这个词。
无论叫什么名字，肯尼迪和其他少数几位科学家创造的这些设备能够解码由神经信号传达的有意识的意图。对于那些失去腿或脊椎断裂的人来说，这些信号可以控制电脑、轮椅和假肢。对于那些患有“闭锁综合征”的人——他们的身体因肌萎缩侧索硬化症（ALS）或脑干中风等灾难性疾病而完全无法动弹，无法说话或表达自己的需求——这些设备可以将神经信号翻译成电脑屏幕上拼出的单词。通过语音合成器实现口语交流也即将成为现实。
尽管肯尼迪目前的工作主要针对重度残疾和闭锁综合征患者，但他相信神经假体也将应用于健全人。事实上，他期待着一个由技术驱动的新的进化阶段，这个阶段将使半机械人有资格在人类家族树上占据一席之地。
“通过与计算机的紧密连接，我们将把人类大脑提升到一个新的水平，”他说。“如果我们能为大脑提供快速访问无限内存、无限计算能力和即时无线通信能力，我们将创造出拥有无与伦比智能的人类。我们完全有信心展示这种大脑与机器之间的连接。”
走出困境肯尼迪最初是来自爱尔兰利默里克郡的一名医生，他对大脑的运作方式非常着迷，于是决定重返校园，接受神经科学家的培训。获得博士学位后，他来到亚特兰大的埃默里大学，作为一名博士后研究员，开始记录和研究大鼠大脑的神经信号。
他发现这项任务令人望而生畏。他的研究不可靠且费力，需要将电极插入大鼠颅骨的孔中，这有造成疤痕和感染的风险，可能会干扰数据。如果动物移动，电极常常会滑出位置。
1986年，在佐治亚理工学院管理一个实验室时，肯尼迪了解到加拿大科学家通过添加坐骨神经碎片来刺激大鼠大脑中的神经元生长。一个想法逐渐成形：为什么不创造一种能刺激大脑长入其中的植入物呢？如果大脑能与这样的设备融合，神经细胞就能将其永久固定在位，风险也会降低。
为了制造他的植入物，肯尼迪取了一个微小的玻璃锥体，里面装满了神经生长因子的混合物，并穿入两根细小的盘绕金线。然后，他将其插入大鼠的颅骨，正好位于控制运动的运动皮层上方。很快，神经细胞就长穿了植入物，将其固定在位，并确保了稳固的电连接。同时，金线将神经信号穿过颅骨传到外部，在那里可以被放大和分析。
然后肯尼迪进行了一项简单的研究。他将电极植入大鼠大脑中接收动物长胡须输入信号的部分。当他轻敲某些胡须时，他通过电极“听到”了神经活动，但其他胡须并没有产生这些信号。他说，这一观察表明，“特定的神经元与特定胡须的运动有关。”接下来，他剪掉了那些连接好的胡须，再次轻敲其他胡须。这一次，令他惊讶的是，先前分配给那些已缺失胡须的神经元开始适应，接收信号，甚至导致剩余的胡须移动。大脑显然能够弥补损失并适应以满足需求；简而言之，它具有可塑性。
受此发现的启发，肯尼迪关于神经假体的设想开始成形。如果对应一个身体部位的神经活动可以适应并移动另一个身体部位——在这个例子中是胡须——那么或许有可能将神经信号大规模地重新路由，绕过受伤的脊椎或进入假肢。此外，如果大脑对运动或语言的意图可以被破译，那么或许有一种方法可以在这些神经模式和外部世界之间创建一个接口。
肯尼迪于1989年为他的设备（称为神经营养电极）申请了专利，并花费数年时间在猴子身上进行测试。最终，他日益复杂的技术可以将神经信号放大约10,000倍，将其转换为无线电波并传输到FM接收器。该接收器反过来又可以将信号作为无线电波广播到附近的计算机。
1996年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了肯尼迪进行人体试验。他的第一个巨大成功来自测试对象约翰尼·雷。
照片显示，这是一个圆圆的、略带 chubby 的脸庞上长着一双含笑的眼睛的男人。他就是南方人所说的“好家伙”，一个53岁的石膏板承包商和越南老兵，住在佐治亚州的道格拉斯维尔，喜欢弹爵士吉他、喝几杯啤酒，和朋友们混在一起。但是1997年秋的一天，当他在打电话时，他成为了每年超过70万美国中风患者中的一员。
“他有高血压，却不吃药，”肯尼迪说。“那是一次灾难性的脑干中风。”
在昏迷数周后，雷最终在亚特兰大退伍军人医疗中心醒来，他的心智完好无损，但身体却无法动弹或交流，只能通过脸上几块肌肉，包括眼睑的轻微颤动来表达。他处于医生所说的“闭锁”状态。通过眨眼两次表示“是”，一次表示“否”，他同意参加肯尼迪的研究。
肯尼迪和埃默里大学的神经外科医生罗伊·巴凯在雷的大脑中控制左手的部分附近植入了一个神经营养电极。电极的外部连接到他头皮下的一个放大器和无线电发射器。在接下来的几个月里，肯尼迪鼓励雷想象着用手移动电脑鼠标。
当雷想象移动鼠标时，那些本应控制他手部动作的神经元的电活动增加了。这些大脑脉冲被传输到他枕头上的一个接收器，在那里被解码并翻译成数字命令发送到附近的电脑。随着时间的推移，电脑开始服从雷的神经信号。六个月内，雷仅凭意念就能在屏幕上移动光标，通过点击像“我冷”这样的短语图标进行交流。尽管面临包括感染（与植入物无关）在内的一系列极度痛苦的健康问题，雷仍然与研究人员合作，尽管这显然让他筋疲力尽。经过几个月的练习，他能够拼写单词并进行简短的对话。
当肯尼迪问他移动光标时感觉如何，雷拼出了“什么都没有”。这是一个令人惊讶且意义重大的时刻。雷学会了在不考虑移动他瘫痪手臂的情况下控制光标。曾经与手臂和手部运动相关的神经活动已经改变。现在他的大脑正直接与计算机交流。
“大脑的适应性很强，”肯尼迪用他在美国生活近三十年后仍保留的爱尔兰口音说道。“大脑的可塑性是这个领域的关键。”
意念控制的猴子 FDA 不轻易批准像大脑植入这样的激进手术，因此肯尼迪的大多数同事都在其他灵长类动物身上推进这项技术，而不是人类——例如，一只名叫贝尔的小夜猴。2000年，杜克大学神经科学家米格尔·尼可莱里斯训练贝尔与一盏灯同步移动操纵杆。如果她正确完成任务，就会得到果汁奖励。
贝尔戴着一顶连着大约100根像人发一样细的金属丝的帽子。这些金属丝植入贝尔的运动皮层，即大脑中计划和启动运动的部分。当她移动操纵杆时，她的神经信号被金属丝捕捉到并发送到隔壁房间的电脑。电脑再将这些信号发送给一个机器人手臂，该手臂精确地模仿贝尔手臂的动作。与此同时，尼可莱里斯通过互联网将大脑信号传输到马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院的触觉实验室。在那里，距离杜克大学700英里远的地方，神经指令操作着另一个机器人手臂。虚拟与现实世界融为一体。
2008年1月，尼可莱里斯与日本科学技术振兴机构的计算大脑项目合作，又向前迈进了一步，这次的对象是伊多亚，一只被训练在跑步机上直立行走以换取零食的恒河猴。电极被植入伊多亚大脑中控制腿部运动的部分；这些设备记录了当她的脚踝、膝盖、髋关节和脚移动或准备移动时，250到300个神经元的活动。荧光舞台化妆品让一台特殊的高速摄像机能够捕捉她肢体运动的细节。
视频和神经信号随后被结合起来，以显示哪些肌肉运动是由哪些神经元放电引起的，以及神经元的活动如何似乎预示了运动。最终，计算机分析预测伊多亚的腿部运动比动物实际执行早了大约一秒。仿佛这一切还不够，该系统通过高速互联网连接将预测结果传输到日本京都，并输入到一个名为CB-1（计算大脑）的机器人的执行器中，该机器人被设计成具有惊人的人类般的运动范围。伊多亚走了，CB-1也走了，完全同步。
这个500磅重、5英尺高的机器人比指导它的12磅重、32英寸高的猴子要大得多，这突显了一个简单而又非凡的观点：植入技术可以使脑力控制一个巨大的物体（如机器人起重机）或一个微小的物体（如微型手术工具），就像控制一个真人大小的机械臂一样容易。
为了让这项技术真正帮助人类，机器人肢体必须以逼真的方式运作。这就是匹兹堡大学医学院神经科学家安德鲁·施瓦茨的用武之地。他最近将一个雀斑大小的电极阵列植入了两只猕猴的运动皮层。这些动物的手臂被轻轻束缚，一个带有抓握爪的机械臂被绑在它们的左侧。植入物捕获的神经信号是由猕猴大脑产生的，用于指导它们的手臂运动。然而，这些信号被分流到一台计算机，由计算机来指导机器人手臂的运动。猴子们不必去想如何移动机器人手臂；它们只是用假肢流畅地伸出手，仿佛它是自己身体的一部分。这个实验的成功部分归功于一台能够根据猴子移动肢体的意愿快速解读大脑信号的计算机。这个“预警系统”在短短150毫秒内移动了机器人手臂，大约是大脑活动激发真实手臂运动所需的时间。这种快速反应帮助猴子们以自然的方式使用机器人手臂，例如，在即将掉落一块食物时能迅速反应，并实时调整动作。
这样的研究为半机械人制造者长期追求的目标提供了可信度：在不远的将来，帮助瘫痪者行走、伸手和抓握的可能性。在这项努力中，西北大学的神经科学家李·米勒处于最前沿，他向猴子的手臂注射局部麻醉剂，使肢体暂时瘫痪。然后，他不是将动物大脑的神经信号发送给机器人，而是将它们分流回瘫痪手臂的肌肉中，从而绕过脊髓。“信号被发送到一个电刺激器，该刺激器正在电刺激那些相同的肌肉，”米勒解释道。“所以，这基本上让猴子能够再次使用它的手臂，完全自愿地弯曲手腕并玩视频游戏，尽管它的手臂实际上是瘫痪的。”
人机融合 灵长类动物大脑植入的巨大成功为新的人体试验铺平了道路，其中包括布朗大学的一项试验，神经科学家约翰·多诺霍正在推进BrainGate项目，这是一个植入运动皮层的微型、针尖状电极阵列。候选人是四肢瘫痪者，他们的四肢因肌萎缩侧索硬化症（ALS）、脊髓损伤或脑干中风而瘫痪。到目前为止，三名植入BrainGate的患者可以自愿调节几十个神经元，足以在屏幕上打字、移动假手或控制机器人手臂。
“我们的目标是帮助恢复沟通和独立性，”多诺霍的同事、退伍军人事务部的神经科学家利·霍克伯格说。其中一名患者，一位37岁的ALS患者，在试验进行10个月后因呼吸机意外断开而去世。他的英年早逝，以及他在参与实验期间取得的进展，尤其让霍克伯格感动。“他能证明自己的精神状态完全正常，”霍克伯格说。“他对自己的疾病和我们正在做的研究有深刻的见解，而且非常幽默。”
即使受试者数量有限，人类研究已经证实了猴子的发现，并回答了关于大脑如何工作的重要问题。“我们想知道的一个问题是，在手臂和手因疾病或受伤而多年未动之后，大脑的特定部分是如何运作的，”霍克伯格说。“我们从我们最早的一位参与者那里获得了一些见解，他有脊髓损伤。他瘫痪了，但当他一想到要用手时，我们就在与手部运动相关的运动皮层的特定部分看到了神经活动的变化。不同的神经元以不同的速率放电，这取决于他想象要执行的动作。”
霍克伯格说，这意味着，曾经控制受试者瘫痪的手和手臂的大脑信号仍然存在并起作用——只是它们无法通过受损的脊髓来让手臂和手移动。他希望像BrainGate这样的设备能够绕过这种损伤，让大脑与假肢甚至真实的肢体进行交流，就像米勒的研究那样。“如果我们能将这些自然信号发送到放置在手臂或腿部肌肉和神经周围的功能性电刺激系统，”霍克伯格说，“有人或许能够利用神经技术而不是受伤的生物结构再次控制自己的肢体。”
另一项计划中的临床试验涉及一种由加州理工学院神经科学家理查德·安德森首创的微型神经电极，大小仅相当于几粒玉米粒。安德森希望实现一些人所说的“读心术”，他想将他的设备植入大脑更高层次的感觉运动区域，包括顶叶和前运动皮层，这些是个人偏好和意图的所在。从实际角度来看，这种植入物可以使患者能够用他们的抽象思想和感觉来控制医疗设备——这是一种精细的生物反馈形式。在另一个层面上，它可以帮助医生解读通常控制患者身体的思想。“医生通常问的第一个问题是‘你感觉怎么样？’”安德森说。“通过观察解码后的神经信号，医生就可以知道了。”
说出他的心声 菲利普·肯尼迪说，更好的办法是让闭锁综合征患者能真正发声——而他正接近这一目标。
埃里克·拉姆齐在一场可怕的车祸后，成为这项研究的第一个受试者。手术修复了大量的骨折和撕裂的肌肉，但拉姆齐似乎没有醒来。起初，他的医生认为麻醉药效消退的时间异常长。但最终，拉姆齐的父亲埃迪意识到事情严重不对劲。拉姆齐遭受了灾难性的脑干中风，这似乎注定他将在16岁的年纪过上闭锁的生活。
将拉姆齐描述为幸运可能有些奇怪，但在某种程度上他确实是，因为他的病情被正确诊断了。没有人知道有多少其他处于同样状态的人被错误地标记为植物人或半昏迷状态并被安置起来，注定要在一个感觉存在但无法移动的身体里度过噩梦般的世界，大脑完好无损，能听能看，却无法向他人传达自己的存在。在1996年发表于《英国医学杂志》的一项研究中，40名最初被诊断为植物人的患者中，有17名后来被证实是闭锁综合征。拉姆齐找到了一个能为他解锁的人。
拉姆齐现在25岁，他深色的杏仁眼暗示着他母亲的菲律宾血统。他身材高大，肩膀宽阔。如果他能从轮椅上站起来，身高肯定超过6英尺。如果他能活动，他会有橄榄球运动员的体格。
他的头脑清醒，但除了微小的眼部动作（向上表示“是”，向下表示“否”）和偶尔的肌肉痉挛外，无法移动。我问他来实验室是否有趣。他向下看。更像是工作吗？他向上看。他是一位内心空间的先驱，他的工作有望让他自己和其他闭锁综合征患者获得自由，至少在某种程度上，通过最终让他们能够进行实时对话。
“开发一种用于言语的神经假体对我来说极其重要，”肯尼迪说，作为一名神经科医生，他经常见到ALS和中风患者。仅在美国就有大约30,000名ALS患者。所有患者最终都会陷入闭锁状态，每年有5,000到6,000人处于必须决定是余生靠呼吸机生活，无法说话，还是拒绝呼吸机，让自己死去的关头。如果他们知道随着病情发展仍能继续交流，他们无疑会更频繁地选择活下去，甚至可以有所作为。“人们经常打电话到我的办公室，说他们的亲人脑干中风，躺在床上，无法说话，”肯尼迪说。“我期望通过这项研究能够帮助这些人。”
在努力打开这扇门的征程中，拉姆齐正踏入前人未至的领域。大脑中精确的语言中枢因人而异，因此为了找到拉姆齐的目标区域——一个可以识别相应语言信号的植入位置——肯尼迪使用了功能性磁共振成像（fMRI）扫描。他给拉姆齐看图片，并告诉这位年轻人对自己默念诸如“这是一头大象”和“这是一只狗”之类的短语。
当拉姆齐在内心“说话”时，核磁共振成像精确定位了与言语相关的神经元，但结果出人意料。神经信号并非由单词或其含义本身激发，而是由嘴唇、舌头、下颌和喉部的肌肉将如何运动以发出声音所激发——这些运动拉姆齐只能想象。
2004年，肯尼迪团队的一位神经外科医生在拉姆齐皮层信号最密集的部分植入了一个电极。然后一个放大器和发射器被固定在拉姆齐的头骨顶部。从那时起，他每周一、周三和周五下午都会来到肯尼迪的实验室。肯尼迪的团队会在拉姆齐的头顶上固定一个放大器，记录他运动皮层发出的语音信号，这时他会想象着身体上移动嘴、舌头和下巴来发出称为音素的语音声音。
在三年的时间里，肯尼迪的团队从拉姆齐大脑中的56个神经元中记录了41种不同的模式。解码这些信号既棘手又缓慢。但肯尼迪的合作者、波士顿大学认知与神经系统副教授弗兰克·根瑟和他的同事乔纳森·布伦伯格最近开发出一种系统，可以将拉姆齐植入物发出的神经信号通过合成器转化为声音形式，从而产生相应的声音。
二月份，拉姆齐第一次实时听到了他脑海中“说出”的合成元音（辅音更难，将在之后实现）。他听到音素从电脑扬声器中发出，同时，他能看到自己的神经信号引导光标指向屏幕上该声音的符号（如“呜”或“啊”）。
根瑟和布伦伯格从波士顿飞来参加这个开创性的实验。当电脑第一次为拉姆齐“说话”时，肯尼迪的实验室里响起了欢呼声。“这太令人兴奋了，”根瑟说。“我们终于都知道这会成功的。”拉姆齐的大脑已经在改变，因为他的神经元正在学习以特定的方式放电，从而更好地控制合成器。“我们现在相信，在不远的几年内，我们就能让他具备基本的言语能力，”根瑟说。
最终目标不仅仅是言语，而是恢复完整的身体功能。如果肯尼迪能如愿以偿，总有一天盲人将能看见，瘫痪者将能行走——而其他研究人员正在与他赛跑，以实现这些目标。
米格尔·尼可莱里斯说他的四肢瘫痪受试者将会再次行走——不是在10年或20年后，而是在短短几年内。我们在电话里交谈时，他在巴西的一家餐厅里做出了这个宏伟的声明。他在这次通话中热情洋溢，在长谈中只停顿了一次，用他的母语葡萄牙语点了寿司。尼可莱里斯说他有信心已经解决了曾经困扰脑电极的大部分技术问题，并且他基本上不理会那些认为这不可能实现的 naysayers。“他们可以继续说他们想说的，但我会继续做下去，”他声明道。
具体来说，他正在领导一个总部设在巴西的国际联盟，名为“再次行走项目”。其他参与国包括美国、以色列、瑞士、德国、日本和法国，以及一个他尚不能公布的阿拉伯世界国家和非洲国家。他们共同致力于实现听起来像是奇迹的目标：帮助瘫痪的四肢瘫痪者再次行走，不是通过修复他们的病灶或断裂的脊椎，而是通过创造由神经信号控制的可穿戴机器人外骨骼。这项工作将在埃德蒙和莉莉·萨夫拉纳塔尔国际神经科学研究所进行。
解放我们的大脑 虽然近期对残疾人充满了希望，但半机械人技术可能很快会普及，赋予普通人非凡的技能。这些可能性既可怕又令人惊叹：例如，大脑植入物可能是跨物种交流的关键，并且当我们的脑电波在机器内部找到新生命时，可能提供真正的不朽。从无血的战争（由半机械人控制的机器人进行）到明显的读心术，半机械人时代可能会改变人类的意义，并将我们推向另一个进化领域。
根据未来学家雷·库兹韦尔的说法，这似乎是我们的逻辑命运。“我们已经为帕金森病患者提供了大脑植入物，并为其他疾病如耳聋和癫痫提供了计算机化植入物，”他说。“有些人可能会对与机器融合的想法提出抽象的反对意见，但我们将通过许多良性且有用的步骤，从现在的位置到达我对未来的构想。”
肯尼迪坚信，神经植入物将不可避免地用于将信息下载到我们的大脑中，从而创造出超智能的人类。他推测，装备了植入物的宇航员将能够利用他们在殖民月球或探索宇宙时所需的大量信息。
他也想在类人猿身上研究神经语言假体。“我们已经知道它们能理解很多人类语言和手语。如果我们能找到一种方法给它们合成语音呢？”他问道。“我们能从它们身上学到什么？”
肯尼迪相信，人与机器的融合似乎是不可避免的。“不难想象，最终某个人的大脑将被整合到一个机器人身体里，”他说。“这可以赋予人类一种不朽，也让我们重新定义什么是人。”
美国国防部正在资助这方面的研究，以帮助在战争中受伤的截肢者，陆军也在研究外骨骼，以赋予士兵超强的力量和韧性。拥有机器增强的力量、耐力和视力的半机械人士兵是否也在计划之中？
尼可莱里斯推测，几代人之后，大脑植入物将像今天的乳房植入物一样被社会所接受。“当植入物有益且安全时，它们就会在正常人身上发生，”他说道。他同意其他人的观点，即这项技术将塑造智人的进化，他的观点无疑是哲学性的。
他说，今天，我们从某种意义上说都是被锁住的，但我们不会被锁住太久。“通过这些实验，我们完成了一件至今无人注意到的事情：我们把大脑从身体中解放了出来。我们为大脑——不仅仅是残疾的大脑——创造了一种深刻的新范式，使其能够在不受我们称之为身体的生物机器限制的情况下实现其意志。
“我的孩子们或许能看到那一天，他们可以身处巴西美丽的海滩，同时控制火星上的探测车，体验火星，”尼可莱里斯沉思道。“他们的身体会在这里，但他们的大脑将是自由的。”
从外部读取思维 为了获取他受试者的大脑活动，柏林工业大学的计算机科学家克劳斯-罗伯特·米勒不需要进入他们的头部。他只需给每个人戴上一顶嵌有电极的帽子，并用导电凝胶粘在头皮上。与菲利普·肯尼迪等人通过直接接触神经元收集信号不同，米勒捕捉的是成千上万个脑细胞共同发出的嘈杂声，这些声音是从颅骨外部无创记录的。
米勒使用计算机通过一种称为脑电图（EEG）的技术来追踪脑电波。一种特别有用的EEG信号，名为P300，记录了大脑对新奇事件或瞬间识别的反应。它的工作原理是：佩戴EEG“帽子”的受试者盯着电脑屏幕，屏幕上的字母逐一被点亮。当且仅当期望的字母出现时，他们的大脑会发出一个P300信号。通过使用被编程来识别P300的计算机软件，瘫痪者可以被训练成仅凭脑力“打字”。
对于重度残疾人的基本沟通，这个系统似乎是最好的选择，纽约州卫生部奥尔巴尼沃兹沃斯中心神经系统疾病实验室主任乔纳森·R·沃尔帕这样认为。沃尔帕已经证明，一个基于P300的设备可以帮助晚期肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者以每分钟一到四个单词的速度进行交流。他希望，当这项技术完全开发成熟时，闭锁综合征患者“应该能够将光标移动到某个地方”并执行有用的操作，“就像我们使用电脑鼠标一样”。
