肖曉 x 澎湃問吧
大腦左右著生命個體對於自身、外界、空間和時間等各個維度的感知。身處五彩繽紛的世界，周圍的一切以何種形式留在了我們的大腦中？是否有一塊“橡皮擦”，能讓我們選擇性地忘記？腦機介面技術不斷髮展，人類離“讀心術”還有多遠？本期問吧復旦大學類腦智慧科學與技術研究院博導肖曉，繼續與我們探究腦科學的奧秘。
儲存
@澎湃網友3E3uea：計算機的儲存裝置靠的是大量的二進位制電訊號，那麼人類的記憶是靠什麼呢？
肖曉：這還得從大腦的基本單元神經元講起。神經元作為一種特異的細胞，其形態與功能多種多樣，但有一個統一特性就是相互之間可以傳遞資訊。神經元傳導訊號有一個特性是全或無反應，全或無的意思就是當刺激達到神經元的反應閾限時，它便以最大的脈衝振幅加以反應。但刺激強度如達不到某種閾限時，神經元便不發生反應。神經元的全或無反應機制，保證了它接受到訊號的正確性和功能性。這個特性或許可以在某種程度上，用晶體二極體的二進位制1和0相對應。你可以想象，在大腦裡，大量的神經元相互聯絡，他們都透過全或無反應進行資訊的傳遞和編碼。
關於資訊的儲存和記憶，就涉及到更復雜的一些蛋白、神經遞質、細胞之間的作用方式，就不展開討論了。@海邊的Claire：人可以選擇性地忘掉過去嗎？
肖曉：這是個很好的問題，但是也比較複雜，目前我自己的實驗室也在這個領域進行研究，這個問題最簡單的回答是：理論上是可以的。
總有人把大腦比作電腦，認為電腦就是對人腦的一種模仿，記憶也和電腦儲存資料一樣：一格一格地儲存在不同的腦區裡面，根據所需到不同的位置去調取記憶。
美國著名心理學和行為學家Karl Lashley在1920年代做過一系列行為學實驗，就想對這一假說進行驗證，找出儲存記憶的腦區。他先用好吃的食物訓練老鼠走迷宮，訓練過後的老鼠能很快地找到最近的路找到它們愛吃的，然後他人為損傷老鼠大腦中的不同部位，看損傷哪個部位會影響到記憶，一旦記憶受到影響，就說明記憶儲存在那個位置。
其實Lashley使用的這種大腦區域損傷法（Lesion）至今仍是不少動物行為學實驗的常規方法，用這種方法驗證了不少行為模式和大腦不同區域的關聯，但Lashley低估了“記憶”這種行為模式的複雜程度。他發現老鼠記憶的受損和大腦損傷的具體位置無關，只和損傷區域的大小有關，損傷的區域越大記憶喪失的就越多，所以他就得出結論：記憶並沒有一個特殊的儲存區間，而是彌散在大腦的各個部位。這個觀點流行了很多年，但是在現在看來這個理論是不準確的。目前科學家得出的結論是：記憶應該是有不同的種類，不同種類的記憶可能儲存在大腦的不同位置。
但選擇性地對記憶進行改寫和編碼，目前只在動物上完成，其中做得最好最有名的是美國麻省理工大學的諾貝爾獎得主利川跟進（Susumu Tonegawa）實驗室。簡單來說就是他們找到了小鼠的大腦中某一群細胞的記憶“開關”，當人為的開啟這個開關，小鼠們就會重現那段記憶，第一次人為的透過記憶控制了小鼠的行為。這項工作被選為2014年十大科學突破之一，文章的第一作者是復旦畢業的劉旭博士，還獲得了有著醫學界諾貝爾獎之稱的拉斯克獎（Lasker Award）。
讀取
@薄荷蛋殼：目前最前沿的腦機介面研究到什麼程度了？真的可能實現超聲波讀心嗎？
肖曉：腦機介面技術最初是按照臨床治療的需求而研發的，後期也用於高階神經機制的研究中。在上世紀80年代就已被應用於神經功能修復中，比如用來恢復聽覺的植入裝置“人工耳蝸”已發展得比較成熟，目前最新型的人工耳蝸已能分析相當複雜的聽覺訊號，甚至在一定程度上能識別語言。而“人工視網膜”則可以恢復患者的光感和形狀辨別能力，在特定的情況下甚至能使患者恢復一定的閱讀書籍的能力。前面一類是使用腦機介面讓腦子獲得輸入訊號。
還有一類是用來恢復輸出訊號，比如把腦機介面應用於神經假肢，使四肢受損的患者恢復基本的運動和生活功能。神經假肢型別的腦機介面又分兩個大類：侵入型腦機介面（invasive）和非侵入型腦機介面（non-invasive），其中侵入型又能細分成連線外周神經的和連線中樞神經（脊髓和大腦）的。目前，最前沿的神經假肢是把腦機介面埋置在患者大腦的體感運動皮層，這種神經假肢透過結合機器學習的演算法，可以把大腦中的運動和觸覺訊號精確分離出來，讓患者可以同時實現觸覺的神經反饋和神經假肢的運動操控。
目前最有名的腦機介面來自於著名企業家埃隆·馬斯克（Elon Musk）。對，你沒看錯，就是出自生產特斯拉，以及回收火箭並要送人上火星的那位人士的Neuralink公司。他們的現有成果是使用一種柔性導線作為電極，並利用一個被稱為“縫紉機”的神經外科機器人，以很快的速度（每分鐘6根線）把40根電極線以微米級的精度植入到實驗鼠的皮層表面，成功實現在實驗鼠腦中埋置1280個電極，並讓這些電極用USB介面匯出，能夠把實驗鼠腦中產生的神經訊號實時地傳匯出來，然後用計算機進行解碼。他最新發布的成果是使用無線導聯的腦機介面，這個裝置只有硬幣那麼大(23mm x 8mm)，有1024個通道，能夠感應溫度和脈搏，實時讀取腦電波，並支援遠端無線傳輸腦電資料。
馬斯克的腦機介面公司Neuralink曾展示過一頭植入Neuralink裝置的豬，名為Gertrude。
你說的超聲波讀心，是一個不太準確的說法，一般是使用各種電磁、超聲等器件對大腦進行調控，來更精確地控制大腦、治療疾病。但讀心主要還是使用一些侵入型腦機介面的技術，把感測器放置在大腦皮層的不同部位，讓大腦與電腦連線，透過破譯大腦的神經電編碼，來完成思想交流的目的。最著名的一個實驗是2016年荷蘭烏特勒支大學醫學院的神經科學家成功讓一名肌萎縮側索硬化（ALS）的閉鎖綜合徵女患者de Bruijne完成了無需醫療人員協助的思想交流。在她進行腦機介面植入28周後，de Bruijne已經能夠準確和獨立地控制一個計算機打字程式，使用意念差不多一分鐘可以打出2個字母，準確率達到95%。透過這種方式，在沒辦法說話的情況下，和外界進行交流。
責任編輯：黃雅竹
校對：張豔
