读脑——神经科学的新进展
作者: 量子熊猫 / 5160次阅读 时间: 2010年4月30日
来源: 科学松鼠会 标签: 读心术 核磁共振 脑机接口 神经科学
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读心术心理学空间)}P3IAR3C:K

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我已经取下了各种随身物品,填好了检查单,以确定身上没有手术植入物,从心脏起搏器到宫内节育器。现在我又带上耳塞,等待进入。等等,请我接受安检?张开双臂,工作人员的金属检测器再一次检查了我的全身。

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我来到的不是007电影里的神秘基地,而是核磁共振扫描仪的磁体间。跟随着工作人员,我走进了一个灯光昏暗的房间,小房子中央被一个好像滚筒的大机器占据着。马上,我就要躺进那个滚筒中。和电影中的间谍不同,我接受的不是严刑拷打的审讯,但似乎还更恐怖——这台机器将把我脑中的想法扫描出来。心理学空间#L d(E{%KO6V

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如果做一个调查,询问大家最想获得的超能力,读心术一定名列前茅。实际上,能够直接获知他人心理状态的能力,不仅仅是科幻小说家喜爱的题目,实际上也是古代神话中的常客。读心术不仅是许多人的愿望,也是不少人的隐私梦魇。如今,借助现代科技,我们似乎已经站到了这一能力的门口。

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2SUqm!Umg$Wj3Y0躺在床板上被推进了滚筒内部,我才注意到,所谓的滚筒其实并没有滚动装置,而是一个塑料包裹的桶装物。即便带着耳塞,我还是能听到噪音,现在,这种噪音更大了。

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Mr#Sy ^0Y8og|0“请您注视眼前出现的图片,有可能是建筑物,也有可能是动物。您只要注视就可以,不需要做任何反应。请尽量保持头不动。”紧接着,随着噪音的增大,我眼前的屏幕上开始出现了一张张图片。图片只出现几秒就消失了,其实我并没有完全看清,但这没有关系,我的大脑已经开工了。不一会儿,屏幕上不再出现新的图片,噪音也减弱了不少。平板将我移出大桶,在外面,实验员已经微笑的等着我了。

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经过一些数据处理,实验员告诉我,他们已经分解出了刚才的过程,那些状态下我看的是建筑物,而哪些又是动物,通过我大脑的变化可以一目了然。心理学空间9A0hc Z"[qSf

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旋转的磁球与墙上的斑点心理学空间x[U1Pn!h(Q B

!ZH'p~.U0刚才的大桶并不神秘,其实,在现在的医院中,它是一种非常常见的设备,通过核磁共振成像,能轻松检测身体内部,已经将健康带给了很多人。美剧《豪斯医生》中,进行核磁共振扫描检查是更是家常便饭。可是如果深入起来,它的原理确实有点复杂,从发现核磁共振现象,到现今的成像技术,中间是60余年的科学进展,和数个诺贝尔奖级别的科学发现。心理学空间+F9`n"C fa9EqX'g

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g@-Y"y Oc H*^0了解核磁共振成像(Magnetic resonance imaging ,MRI)需要看看原子内部。不要担心,这里没有核辐射,只有我们关注的一个个小磁体——质子、电子这些基本粒子。这些带电粒子以一定的速度高速自旋,形成了有南北极的小磁球。人体中含有大量的氢原子,它的原子核——质子,将帮助我们给身体内部照相。心理学空间-L W ])n;Z2i

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核磁共振仪的主磁场校正小磁球的旋转方向,激发磁场不断开关,将小磁球拉向一个方向,反复这个过程,小球就会不断的歪过来,倒过去,产生的电磁波就可以被接收到,从而处理成图像。不同组织中磁场强度不同,我们就可以在图像上区分大脑的灰质、白质、脑脊液等组织了。人脑活动时的血流变化也能被这种方式检测到,我们就通过血液的流动,判断哪些部分的脑组织正在工作。

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TJ f+|x_?$B0为了成像清晰,这个主磁场要足够强。人体实验用的仪器,这一磁场的强度有时能达到3特斯拉或者7特斯拉。前者是地球磁场的6万倍,而后者则是14万倍。如此强大的磁场,会将靠近的手机等电子产品顷刻报销,还能把眼镜、钥匙之类的物品吸到机器上,更不用说会干扰心脏起搏器的运转,或者吸住病人的假肢等植入物了。所以,才有了刚才那一幕,进入磁体间前,必须严格检查,防止发生危险。好在,这是目前已知的核磁共振唯一的危险所在。

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过去十几年的研究,我们一直在给认知活动寻找地址,例如,读词时某脑区活动,看画时则是另一个脑区。这就好像是在墙上寻找斑点,我们只关心斑点所在的位置。现在,一种称为多体素模式分析的范式改变了思路,我们不再关心某个斑点的位置,而是寻找大量斑点组成的模式。通过计算机模式识别,就可以判断大脑的状态,甚至读出大脑的活动。

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脑中的天际线

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4{dK@.R0v0去年,加州大学伯克利分校的神经科学家杰克·格兰特(Jack Gallant)公布了他们的研究成果。人类的初级视觉皮层位于大脑枕叶,也就是接近后脑勺的那个部分。眼球后面的神经束就是连接到这里的。格兰特的研究团队让两名志愿者观看youtube视频,之后仅通过他们视觉皮层的反应就重现了视频。心理学空间|/|[4\J3P[ E#m\

 

#j:[9]*K5a*g0他们首先收集了上千小时的youtube视频用于训练计算机,之后,他们让志愿者观看了两段youtube视频。效果如何呢?视频中显示的一只独行的大象,而计算机根据志愿者的脑扫描数据,生成的视频中是一只类似象的动物缓缓移动。在一个飞机飞过城市的视频之后,计算机还原了天际线,却丢失了飞机。即便如此,这个结果也足够惊人了。这意味着,我们看到的东西真的可以一定程度上从头脑中提取出来。

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另一条道路上,是卡内基·梅隆大学的几位科学家,他们关心的不是刺激,而是探究我们头脑中的概念。汤姆·米切尔(Tom Mitchell),是一位计算机科学家,机器学习领域的领军人物之一,他的同事马塞尔·贾斯特(Marcel Just)则是一位神经科学家。他们选择了60个简单的常用概念,如“苹果”、“锯子”等。志愿者看这些概念的图片,然后随意的就这一图片想一些事情,整个过程除了核磁共振数据,不需要向实验者提供任何信息。

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根据语料库和脑成像数据,科学家重建了被试心中所想的概念。心理学空间C/dWL.z

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之后的环节有点复杂,实验者利用了一个Google公司提供的语料库,用我们平时语言的信息,结合神经活动数据,让计算机寻找规律。结果,计算机预测大脑某种状态下思考的是哪种概念,达到了接近百分之八十的准确率。我们不禁要想,一些千百年来悬而未决的形而上学问题,可能能从完全不同的道路上找到答案。

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老大哥在看着你?心理学空间s U'n Ud;v6[d,{ i

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是的,心想事成一直是我们的一句祝词,现在这种祝愿却可能变成真的。我们的脑中存在大量的神经元。它们在活动时产生的电信号能被我们捕捉到。通过给瘫痪病人植入记录电极,已经能使他们通过思想控制鼠标指针,操作电脑甚至玩游戏。而通过类似的方法,一位因中风无法说话的患者控制电子语音,已经能发出简单的元音。心理学空间Q9nF!p/?1s/h

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爱玩的科学家还将脑电记录用的电极帽和流行网站twitter结合了起来。威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员制作了一个twitter帽。戴上帽子,只要实验者注视一块屏幕上的字母,他的脑电变化就能被计算机识别出来,之后就能靠看和想发出一条微博客信息。而依靠脑电波控制的轮椅也在研制之中,这可能大大提高行动不便者的生活质量。心理学空间ULFj[^kw

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回到核磁共振上来就。在今年1月,一项惊人的研究再次向我们展示了读脑技术的可能性。我们已经知道,想象自己在运动就能激活大脑的运动区,而如果想象场景则会让海马旁回激活。一个有趣的读脑游戏是,让志愿者回答问题,但并不真的说出来,当回答是时就想象自己在打网球,而回答否时就想象一下自家房间。这样仅仅通过脑扫描,就能猜出志愿者的答案。心理学空间 {$h9s$wW

/Gcn)N V.w0这一次,来自剑桥大学和阿登布鲁克医院的科学家和医生让植物人躺进了扫描室。他们的家人告诉了他们这个规则,并且问了几个问题。大脑活动的结果显示,六个问题中的五个都得到了回答。这些植物人尽管不能作出任何动作,却并非没有意识。这是第一次,我们直接获得植物人的交流反馈。心理学空间N,o.}%Pxk@4Pj

植物人根据回答问题是“yes”还“no”,显示了不同的大脑激活。 

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这似乎预示着科幻小说中大量出现的技术——脑机接口的诞生。一直以来,想象力丰富的人们幻想着打破人与机器的界限。或者至少能让我们对机器的控制不仅仅是按按电钮。Intel的科学家预言,到了2020年,我们将可以通过思想来控制机器。而也许电影《阿凡达》中那种通过仪器将意识投射到其他“身体”上的幻想也不是不可能的。按照乐观的未来学家所说,一旦人与机器能够连为一体,一个新的纪元就将开始,我们将重新定义家庭、伦理、社会甚至人类的本质。

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信念与事实不仅是哲学家关注的核心概念,伦理学家也一直在讨论这些问题:善意的行恶、不知情的行恶,或者坚信一场灾难是有必要的。这些情况该如何界定?这一点上,科学家可是走得更快——法庭上,人证物证已经落后,脑证诞生了。前一段,大法官裁定那起预谋凶杀有罪,驳回上诉。他说,不在于你怎么做的,在于你怎么想了。

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然而惊人的技术面对的并不都是赞扬声。正如剑桥的研究者们说的,读脑有点像思想裸体。对于隐私的担心在这样的科学手段面前一点也不为过。目前,核磁共振仪还是一个十几吨重的庞然大物。但是有朝一日,仪器会不会发展成现在机场的全身安检门一样的常规设备呢?那么,接受检查的就不仅是我们的身体。心理学空间8g{Sf%jH7r!q;q(zJ

}(A$d8Xp/s0阿尔巴尼亚小说《梦幻宫殿》中,暴君收集人民的梦境进行分析。这个故事在科学家眼中可不是荒诞不经。日本高级电信国际研究所的神经科学家神谷之康(Yukiyasu Kamitani)就准备尝试核磁共振技术将人的梦境提取出来。如果过去,《1984》中的老大哥仅仅能观察一个人的行为,那么未来,也许“他们”已经能将嗅探器深入到你大脑的沟回之中了。心理学空间&Zi(},l'a)b#Fq5m

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测谎仪在司法中的使用已经有多年历史了,但是直到今天,还存在着它是否可靠的争议。目前,已经有将核磁共振使用到司法中的例子——美国伊利诺伊州在审判一名杀害的嫌疑人时,律师要求通过核磁共振判断他是否有脑病,以获得量刑上的从宽。这并没有涉及我们提到的最新技术,却揭示了新技术在司法上可能的应用。美国电影《少数派报告》中,未来的人们甚至能发现未发生的犯罪。有科学家认为,未来的测谎仪也许不是目前这种检查情绪引发生理变化的仪器,而是直接的脑扫描。那么,这些技术在司法上应用的界限究竟在哪里?或者,一个新的名词将要出现——“动机犯”,仅仅是恶念一闪,也成了某种罪过。心理学空间&Op.|;O"z ~

-c tHv(Y Af%E p0对此,科学家倒是不担心,这无非又是那个科学双刃剑的老问题。至少,以现在读脑能处理的问题,读脑的准确性、耗时等因素,那个科幻小说中的场面还差得远。尽管对于未来有种种疑虑,还是会有人投入这场科学竞赛中,毕竟,“山就在那里”。心理学空间cO)d:l aZs-S-hf*D

{Lt z M7{{0原文发表于2010年4月《男人装》杂志心理学空间 b/C/_?t

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