简介
畅想一下，如果你能用大脑来控制电脑……比如在电脑屏上打字，或者是用意识操控机械臂完成各种动作……这些电影大片描绘的科幻场景，现在看来已经是基于“脑机接口”的合理设想。 那么，脑机接口是什么？目前进展如何？实践中有哪些应用？它如何革新我们的思考、工作和生活方式？屡获大奖的发明家谭乐在书中讲述了脑机结合领域令人兴奋的新兴技术，包括无创性手术工具、大脑探测工具、大脑增强工具、可供医疗工作者使用的工具，以及消费者可用的工具。书中也分享了一些令人难以置信的真实故事，一些人的生活因为这些先进技术的发明而发生了改变。 这本书激情而不失科学地讲解了大脑增强技术可能给人类带来的影响和变革，还不失客观和冷静地提出了其可能带来的技术可及性、数据隐私、数据使用权、法律和伦理道德等一系列社会问题，有助于我们进一步了解大脑的运作方式，预见未来的无限可能性。
作者介绍
[澳]谭乐 在世界经济论坛神经技术和脑科学未来全球未来理事会任职。 在新兴的“脑机接口”领域，谭乐是公认的颇具影响力的先驱之一。她是一位发明家、企业家，在神经技术领域拥有多项专利，是硅谷神经信息科学公司EMOTIV的创始人兼首 席执行官。她首 创的“头戴式大脑装置”可以读取用户的脑电波，用意念控制虚拟物体。这一装置充分开发了人脑的力量，突破了我们认知界限，为改善人类健康、预防疾病开辟了新的途径。她的大胆创新也引领了人脑科技的未来。 2010年入选《快公司》影响力科技女性。2011年入选《福布斯》你需要知道的50位名人。2013年入选《国家地理》新兴探险家。自2009年来被世界经济论坛评为全球青年领 袖。 她曾在多部纪录片中亮相，是一位备受追捧的演讲者，并在众多论坛上为女性领导者、企业家、技术创新者和思想领 袖发表了数百篇主题演讲。她的TED演讲——“能读懂脑电波的耳机”和“我的移民故事”获得了数百万点播量。
部分摘录：
思维控制：脑电图技术、神经反馈和脑机接口 闪亮的棕褐色眼睛，灿烂迷人的微笑，这是珂拉·罗维奥给人的第一印象。她极富人格魅力，喜欢参加聚会，在其社交价值观中，与他人建立联系是灵魂法则。这个活力四射的少女充满了艺术气息，喜欢画画、写作和音乐，但她最喜欢的还是在家乡加利福尼亚州的沙斯塔山上与朋友一起散步。她是少数真正“活在当下”的人。的确，如果此时此刻已足够美好，谁会花费心思考虑未来呢？而千禧年刚刚来临，未来令人向往。
17岁的珂拉还没来得及思考以后的人生，一场毁灭性的交通事故就让她幸福的生活戛然而止。仅仅几分钟的脑缺氧便使其大脑受到了永久性损伤，她再也无法控制自己的身体，无法感知这个美好的世界了。不能走路，不能说话，不能进食，不能抬头，也不能控制她那双棕褐色的大眼睛了……自从发生车祸后，珂拉的脸上就再也没有了灿烂的微笑，也没有了活泼的个性。
她终日坐在轮椅上，原本热情洋溢、活泼开朗的她变得越来越孤僻。10年过去了，她的生活没有任何进展，反而越来越糟糕。她低着头，一双无神的眼睛空洞游离。那个曾经喜欢与人交往、生活中充满欢歌笑语的女孩，如今变成了一个与世隔绝的年轻女性，绝望无助，生活变得黯淡无光。
2010年，珂拉的命运发生了转折。其邻居罗斯林·麦考伊拿来了一个类似于头盔的装置，配有视频游戏系统，可以利用脑电图技术将思维转变为屏幕上的动作。罗斯林拥有心理学学位，长期与残障人士一起工作，在一节专业课上，她了解了生物反馈技术。她想，能否通过这个技术帮助年轻的珂拉与世界重新建立联系呢？获得珂拉母亲的允许后，罗斯林将“头盔”戴在珂拉的头上，小心翼翼地放好14个电极，并按下“播放”键。
在游戏中，玩家需要控制虚拟人物完成一系列挑战，但不是用操纵杆，而是凭借玩家的思维——也就是意念——完成一系列动作，珂拉必须在大脑中想象出一个“绝地武士”代表她进行游戏。她的第一个挑战是集中精力使一块岩石飘浮起来，她能做到吗？自10年前那可怕的一天开始，珂拉几乎事事都要依靠别人的帮助，自己从未能做成任何事。珂拉一次又一次尝试，一次又一次失败。终于，在罗斯林的鼓励下，她成功地在大脑中想象出了一块岩石，将其“抬”了起来。就像《星球大战》中的绝地武士一样，她用思维控制了虚拟物体的移动，她感受到了思维的力量！
珂拉的脸上露出了久违的微笑，多年来，她终于靠自己的力量做成了一件事，她兴奋极了！这款游戏让她再次有了控制能力，她的生命或许将迎来崭新的一页。罗斯林开始定期帮珂拉进行思维训练，并把训练过程录制下来发布到视频网站YouTube上。随着训练的推进，珂拉取得了很大进步，可以通过意念来旋转和移动虚拟方块，使树枝弯曲，用思维控制游戏中的虚拟玩家，使其飞到空中，甚至飞越森林和峡谷。
令人欣喜的是，珂拉不仅在虚拟世界中取得了进步，在真实世界中也有了很大突破——她可以自己完成抬头的动作，控制眼部的运动，把目光聚焦在某个物体上。相比这些身体机能的改善，更重要的是她可以重新与人互动了。人们说话时，她能转过头，与他们发生目光的交会，这是她10年来一直想做却做不到的事，珂拉重新融入了这个世界。每当在游戏中完成一项挑战，珂拉就会回过头，对着家人开心地笑出声来。
罗斯林告诉我：“她父亲说这是10年来他第一次听到她的笑声。”
珂拉的经历不仅是她人生中的重大突破，也让我们看到了这一技术所取得的进展。在数字环境中控制虚拟对象的视频游戏仅是个开始，像珂拉这样的残疾人可以用思维控制来完成一系列日常活动——打字、发电子邮件、调节温度、推轮椅、开灯、拧水龙头、开电视。“听起来多么不可思议啊！”罗斯林想到这些可能性就忍不住感叹。美国疾病预防控制中心（CDC）的资料显示，如果这项技术可以帮助残疾人群体实现基本自理，那么无论是对于像珂拉这样完全依赖他人照顾的人，还是美国另外的800多万残疾人来说，都是革命性的突破。
每次看到珂拉的训练视频，我都热泪盈眶，她每次取得的哪怕一丁点的进步对我来说都是莫大的鼓励。直到现在，每当看到她戴着我们开发的脑电波“意念”头盔开心大笑时，我依旧激动得不能自已。要知道，10年前，这个概念还只是稿纸上一个简单的轮廓，而现在，它已经成为实实在在的产品，并帮助珂拉重新掌控了她的世界。我感到自己和团队的努力终于得到了认可、有了回报。它不仅是一个很酷的未来主义玩具，除了未来的前景，还具有真正的现实价值，它改变了普通百姓的生活。
脑电图技术及其揭示的大脑秘密 要理解脑电图头盔的工作原理，必须先深入了解自己的大脑。10年前我开始探索脑电图技术。在此期间，我观察了数千个大脑的运转过程，跟很多发明家一样，我也在不断地进行自我尝试，测试设备，尝试增强自己的思维能力。我几乎每天都戴着脑电图头盔，玩着跟珂拉相同的视频游戏，玩了1 000多次。每当我用力地想“旋转”“是”“否”这些指令时，我的大脑会有1 000亿个神经元发射出电化学信号，并以每小时268英里的速度在神经元之间传播。如此高的信号传播速度，要归功于每个神经元末梢像尾巴一样的结构——轴突。神经元发出信号，沿着轴突传播到其他神经元上，再由一种叫树突的树枝状神经末梢接收这些信号。如果把轴突比作话筒，把树突比作耳朵，那么突触就是无处不在的空气，声音在空气中通过话筒传到耳朵的过程，就像大脑中的电信号经由突触在轴突和树突之间的快速传播。
本质上，神经元与神经元之间不是相互孤立的，它们就像大片大片的鱼群在海洋中螺旋式前进一样，在大脑各个区域内和区域间进行协调，处理图像和声音信息，引发思想，存储记忆，等等。人脑的神经网络比世界上任何计算机网络都强大和复杂得多，如果将人脑中的神经纤维网络拆开并首尾相连，总长度将达10万英里，足以环绕赤道四周。
所有这些大脑活动产生的电能，足以点亮一个灯泡。每当想到一个好点子，我们就会说“light bulb came on”（直译为“灯泡亮了”），原因就在于此。我们都知道，大脑的电信号是以波的形式振荡传递的，其频率取决于相关神经元的放电模式。人的脑电波主要有五种频率：伽马（γ）、贝塔（β）、阿尔法（α）、西塔（θ）和德尔塔（δ）。从思维活跃到深度睡眠，每种频率对应一定的大脑状态。
一个世纪前，一位名叫汉斯·伯格的德国精神病学家首次发明了脑电图技术，使我们今天得以捕捉和理解这些脑电波。神经生物学家戴维·米利茨在《生物学和医学观点》（Perspectives in Biology and Medicine）中指出，专注、内敛的伯格医生花了数年时间尝试记录人脑的活动而未能成功，直到1924年7月6日，他终于捕捉到一名17岁脑肿瘤患者的脑电波。但由于当时技术的限制，相关仪器只能在方格纸上留下几处划痕，与我们如今通过脑电图设备采集到的具有明显波峰和波谷的脑电图没有任何相似之处。伯格的同事，年轻的拉斐尔·吉恩斯堡医生始终对伯格绘制出的所谓“脑电活动图”持怀疑态度，不认为这种波形图可以反映受试者的大脑功能。拉斐尔写道：“几乎没有同事对他的研究抱有期待，大家不认为他会有什么伟大的科学发现。”
也许由于他的同行热情不足，直到1929年，伯格才发表了第一篇自己的研究论文——《论人类脑电图》（On the Human Electroencephalogram）。与此同时，他发明了世界上第一台脑电图仪，并且已经绘制了数百幅脑电图，其中50多幅是他自己的。
脑电图就像一个“只读”文件，它能刻画大脑的活动，但不会改变大脑活动。这种可以“窥探”大脑活动的非侵入式方法颠覆了我们对脑部疾病的理解和治疗手段。伯格开发的这一技术现已被广泛应用于检测癫痫、睡眠障碍和脑部创伤等疾病。但是，识别不同频率的脑电波只是脑电图技术的起点。如今，我们已经可以精确定位某一大脑活动发生的位置，并确定该活动在整个皮质中同步或不同步的方式。机器学习技术可以检测到极其微小的脑电波，精确度远远高于肉眼的观察，因而可以得到更精确的数据。通过数学模型和算法分析这些活动，就可以得出大脑思维的运作模式，从而评估听觉处理、语言识别以及多种情绪的认知指标，比如兴奋、兴趣、压力、参与或厌倦、注意力、放松等。这个过程并不是在平面表格上绘制波形图，而更像是将大脑活动进行三维可视化处理，一切都是实时完成的。
尽管脑电图技术在不断升级，但它仍然面临诸多挑战。首先，大脑电活动非常微弱，即使数百万个大脑神经元一同放电，外界也只能观测到一个微小的斑点。想要探测到信号，大脑活动所产生的脉冲必须穿透脑脊膜这个可对大脑起保护作用的三层膜状组织，然后穿过头骨和头皮，最后穿过头发，到达电极。为什么脑电图可以有效探测大脑中类似海啸的神经元活动呢？可以这样来解释：通过一架徘徊在足球场上空数十米处的无人机，你可以清楚地看到比赛结束后大批起身离席的人群，但是，要想在人山人海中捕捉某个球迷的单独行动，则困难得多。脑电图捕捉、测绘并呈现出的正是大脑神经元的“集体”活动，而非颗粒状的活动。
