利維坦按：讀腦術(shù)（神經(jīng)解碼）其實(shí)已經(jīng)并不新鮮了，這篇文章是作者寫(xiě)于五年前的一個(gè)體驗(yàn)類報(bào)道。
任何一個(gè)視覺(jué)場(chǎng)景都會(huì)在我們的腦中引起廣泛活動(dòng)，對(duì)外部世界不同物體進(jìn)行編碼的神經(jīng)元集群彼此競(jìng)爭(zhēng)，也就是說(shuō)每個(gè)集群要竭力壓制對(duì)場(chǎng)景中別的物體進(jìn)行編碼的神經(jīng)元群體的活動(dòng)，在腦的高級(jí)部位尤其如此。注意到某件事或者物體，會(huì)使得這種競(jìng)爭(zhēng)向有利于該件事或物體的方向發(fā)展。
一個(gè)比較生動(dòng)的例子就是，你回憶某個(gè)熟人的名字，這個(gè)名字就在你嘴邊，但怎么也記不起來(lái)，你想到的反而是一些不相關(guān)的人的名字，這之后，突然那個(gè)名字跳到了你的腦海里。有人猜想過(guò)，這可能正是因?yàn)槟切┡c不相干名字有關(guān)聯(lián)的腦活動(dòng)抑制了那些負(fù)責(zé)正確名字的神經(jīng)元。
呃，好像話題已經(jīng)扯遠(yuǎn)了……因?yàn)槲易罱诳础半p眼競(jìng)爭(zhēng)”方面的書(shū)，有些感觸隨便說(shuō)說(shuō)。
文/Lisa Katayama
譯/newkiwi
如果一些睿智非凡的神經(jīng)科學(xué)家是正確的話，在能夠進(jìn)行足夠多次的數(shù)據(jù)運(yùn)算以及擁有一個(gè)超強(qiáng)的大腦掃描儀的情況下，科學(xué)將能夠直接從你的大腦里獲知你看到的事物——甚至有一天可能讀取你的思想。
四月一個(gè)溫暖的周一，夜幕降臨的晚上，在美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校亨利·小惠勒腦成像中心，我正臉朝上躺在一個(gè)重達(dá)13噸的管狀物（磁共振掃描儀，譯者注）里。掃描室里的燈光很昏暗，我獨(dú)自躺在儀器里面。一個(gè)白色的塑料框罩在我的臉上方，藍(lán)色的電腦屏幕映入眼簾。我之所以來(lái)到這里，是因?yàn)橐晃幻麨榻芸恕じ裉m特的神經(jīng)科學(xué)家將要讀取我的大腦。他已經(jīng)嚴(yán)格告示我（在掃描儀里）不要?jiǎng)樱荒呐螺p微的抖動(dòng)也會(huì)影響掃描數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。可是當(dāng)我注視著前方的屏幕時(shí)，突然覺(jué)得大腿有點(diǎn)癢?！安灰獡纤蔽倚闹懈嬲]這樣自己。我試著不去想這些，因?yàn)闄C(jī)器運(yùn)行的哼鳴聲已經(jīng)越來(lái)越快了，功能磁共振（fMRI）機(jī)器已經(jīng)啟動(dòng)了——這個(gè)掃描儀將檢測(cè)我大腦里的血流變化。
格蘭特跟我說(shuō)，我大腦中隨意的想法不會(huì)影響掃描的結(jié)果。因?yàn)榻裉焖魂P(guān)注我看到了什么，以及我看到的事物是如何記錄在大腦視覺(jué)皮層的（視覺(jué)皮層處在大腦的后部，負(fù)責(zé)加工我的眼睛所看到的事物）。所以我哪怕正想著晚餐吃些什么也沒(méi)有關(guān)系，即便我正擔(dān)心牛津路上的車(chē)位罰單也不影響。他說(shuō)，唯一重要的是盡可能地保持不動(dòng)，不久后他就可以在自己還沒(méi)看到圖片的情況下，重建出我看到過(guò)的圖片。
在過(guò)去10年，格蘭特一直在伯克利分校掌管著一個(gè)致力于大腦成像和視覺(jué)研究的神經(jīng)科學(xué)和心理學(xué)實(shí)驗(yàn)室。在使用磁共振掃描和算法以及大腦激活模式分析法來(lái)研究讀心的領(lǐng)域里，格蘭特是世界最頂尖的少數(shù)幾個(gè)開(kāi)啟這扇大門(mén)的神經(jīng)科學(xué)家之一。在給我看一組隨機(jī)排列的圖片以及評(píng)估功能磁共振從我的初級(jí)視覺(jué)皮層讀取的信息時(shí)，格蘭特跟我說(shuō)他的技術(shù)能夠重建出我大腦里儲(chǔ)存的圖片。他目前采用的方法需要幾個(gè)小時(shí)的分析時(shí)間，但他的目標(biāo)是升級(jí)他的技術(shù)已達(dá)到能夠?qū)崟r(shí)推算并報(bào)告人們看到了什么。
如果他能做到的話，那將影響到我們處理任何事的方式。讀心機(jī)將可以幫助醫(yī)生理解幻想癥患者、認(rèn)知障礙患者、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者和其他病人的心聲。法官將可以運(yùn)用讀心機(jī)潛入犯罪嫌疑犯的大腦里去看一看，看看他們有沒(méi)有編造事實(shí)以及他們到底看到了什么。這樣的機(jī)器也可以確定那些以精神病作為自保理由的人是否在說(shuō)謊，或者那些宣稱正當(dāng)防衛(wèi)的人是否真正出于自衛(wèi)的目的。但是另一方面，這項(xiàng)技術(shù)也將同樣引發(fā)嚴(yán)重的倫理問(wèn)題，評(píng)論家擔(dān)心有一天這項(xiàng)技術(shù)使得我們的隱私便于被偷窺者和黑客所竊取。
當(dāng)我一動(dòng)不動(dòng)地躺在大腦掃描儀里的時(shí)候，我就在琢磨這些；當(dāng)格蘭特和實(shí)驗(yàn)室的兩名研究人員在我的眼前快速放映幾十張圖片（幾秒鐘一張）的時(shí)候，我就注視著前面的屏幕。我看到過(guò)牧場(chǎng)上的綿羊、一個(gè)巖石層、一個(gè)池塘和一個(gè)像愛(ài)因斯坦的人的側(cè)面像。實(shí)際上我并沒(méi)有必要去看這些圖片，我唯一的任務(wù)只需要注視著屏幕中央的白點(diǎn)（注視點(diǎn)）。格蘭特說(shuō)，“看見(jiàn)”（這種體驗(yàn)）并不全然發(fā)生在意識(shí)范疇里。大腦視覺(jué)皮層像相機(jī)一樣工作，自動(dòng)地（無(wú)意識(shí)地）從視網(wǎng)膜上提取信息，并把物體的表象記錄在大腦里。
十分鐘仿佛十年，但是最終功能磁共振以另一種蜂鳴聲宣告實(shí)驗(yàn)的結(jié)束。研究人員將我從僵直的狀態(tài)中解放出來(lái)，護(hù)送我來(lái)到控制室，在那里一個(gè)巨大的監(jiān)控器上顯示著30幅從不同角度掃描的我的大腦掃描圖。我在圖上看到幾排灰色圈里有一束一束的白色曲線和明亮的灰色V字形?！澳鞘鞘裁?？我的大腦嗎？”我問(wèn)，努力保持頭部不動(dòng)使我的頭有點(diǎn)累。我大腦里的一舉一動(dòng)都可以概括成一束束的幾何圖形，這一點(diǎn)讓我有點(diǎn)吃驚。格蘭特告訴我，大腦的活動(dòng)基本上就是一束束的神經(jīng)元的激活——根據(jù)新近的研究結(jié)果，僅僅在大腦初級(jí)視覺(jué)皮層估計(jì)就有三億個(gè)神經(jīng)元。
為了便于理解這些形狀，大腦掃描儀將掃描圖像劃分成一個(gè)個(gè)類似立方體的三維結(jié)構(gòu)里，這些單元格叫做體積像素，或者體素。對(duì)于我而言，每一個(gè)體素都像是黑白灰三色的隨機(jī)混合。但是對(duì)格蘭特那能夠從這些形狀里獲取更精確信息的計(jì)算機(jī)模型而言，體素就是0或1的簡(jiǎn)單矩陣。通過(guò)運(yùn)算這些矩陣，計(jì)算機(jī)模型能夠非常準(zhǔn)確地將這些形狀還原出是像愛(ài)因斯坦的人還是牧場(chǎng)上的綿羊。格蘭特和他的研究團(tuán)隊(duì)沒(méi)有時(shí)間為我的大腦生成足夠的圖像來(lái)進(jìn)行運(yùn)算工作，但是他們給我展示了一些令人信服的來(lái)自志愿者的研究結(jié)果?！斑@不是很完美”，格蘭特的一個(gè)博士后西本真治說(shuō)，“但也很不錯(cuò)了”。
當(dāng)我離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，有一個(gè)想法一直縈繞在我的腦際，我好好想過(guò)之后就明白，他們的技術(shù)不會(huì)在這個(gè)層次上停留太久。格蘭特的“神經(jīng)解碼”——他用來(lái)替代“讀心”的一個(gè)術(shù)語(yǔ)——發(fā)展地越來(lái)越快、越來(lái)越成熟。實(shí)際上，去年10月份，他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)通過(guò)分析人們觀看視頻片段時(shí)的大腦激活模式重建了參加者觀看的完整的視頻片段。在一個(gè)示例里，一只大象在沙漠上行走的重建視頻，顯示著一個(gè)稍有瑕疵的小飛象形狀的物體在屏幕上緩慢地移動(dòng)。其中詳細(xì)的細(xì)節(jié)丟失了，但是這仍然使人印象深刻，因?yàn)檫@是從某個(gè)人的大腦里提取的。運(yùn)用類似的技術(shù)，其他研究者正在揭開(kāi)記憶和夢(mèng)境的神秘面紗。
拋開(kāi)其中超自然現(xiàn)象的重重陰霾，讀心只是我們能否擁有一個(gè)好的工具的問(wèn)題?！爸灰覀儞碛泻玫膬x器來(lái)檢測(cè)大腦活動(dòng)，并且建立了合適的大腦計(jì)算模型”，格蘭特在他2008年發(fā)表在英國(guó)《自然》雜志上的一篇論文的附屬材料里寫(xiě)道，“原則上我們將可能解碼諸如夢(mèng)境、記憶和表象等心理加工過(guò)程的視覺(jué)內(nèi)容”。
對(duì)于你看到的每張圖片，你的大腦會(huì)產(chǎn)生一種獨(dú)特的活動(dòng)模式。通過(guò)分析上千張功能磁共振掃描圖，軟件就能夠?qū)⒛愦竽X的模式和特定的物體進(jìn)行匹配。
你的大腦里有什么？
僅僅通過(guò)分析你的大腦活動(dòng)，科學(xué)家就能非常準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)你剛剛看到過(guò)的事物。這種技術(shù)就是神經(jīng)解碼。為了做到這一點(diǎn)，科學(xué)家首先必須在你注視上千張圖片的時(shí)候，掃描你的大腦。然后計(jì)算機(jī)分析你的大腦對(duì)于每一張圖片是如何反應(yīng)的，最后將大腦活動(dòng)與形狀和顏色等各種細(xì)節(jié)進(jìn)行匹配。隨著計(jì)算的進(jìn)行，計(jì)算機(jī)能夠建立一種主解碼密匙；這種密匙稍后能夠在沒(méi)有預(yù)先分析觀看某張圖片產(chǎn)生的掃描圖像的情況下，識(shí)別和重建幾乎所有你看到的物體。
頭部先進(jìn)入：類似這臺(tái)機(jī)器的功能磁共振儀器幫助科學(xué)家解碼人類大腦的活動(dòng)。
磁共振的魔法
格蘭特是一個(gè)留著馬蹄胡須的瘦小但結(jié)實(shí)的男人，他身上有一種威利·卡旺（威利·卡旺是羅爾德·達(dá)爾寫(xiě)于1964年的小說(shuō)《查理和巧克力工廠》里的人物）式的氣質(zhì)。他說(shuō)話時(shí)喜歡友好地使用一些生動(dòng)的比喻?！按竽X就像感恩節(jié)的火雞”，去年夏天我造訪他在伯克利分校簡(jiǎn)陋的工作室時(shí)，他這么跟我說(shuō)。他在黑板上迅速地畫(huà)著，試圖用簡(jiǎn)單的術(shù)語(yǔ)向我解釋視覺(jué)皮層的內(nèi)在工作機(jī)制。“火雞的外層是皮膚，就像大腦的皮層?；痣u所有的內(nèi)臟就相當(dāng)于大腦的皮層下核?！彼弥酃P在他那“火雞”示意圖上指向一個(gè)巨大的氣球樣空腔的后部?！斑@就是初級(jí)視覺(jué)皮層，我們視覺(jué)系統(tǒng)的核心。”
我們的大腦通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的裝配線來(lái)建構(gòu)我們周遭的世界。初級(jí)視覺(jué)皮層，或者簡(jiǎn)稱V1，通過(guò)復(fù)雜的方式與V2、V3等其他區(qū)域相連接。（“沒(méi)人確切知道那里到底有多少這樣的區(qū)域”，格蘭特邊說(shuō)邊拿手指指著自己的頭。）每個(gè)區(qū)域負(fù)責(zé)一個(gè)特定的與視覺(jué)相關(guān)的功能，比如分辨顏色，識(shí)別形狀，探測(cè)深度，或者感知運(yùn)動(dòng)。例如，當(dāng)我看著一條狗時(shí)，我不僅僅只是看到一條四條腿的動(dòng)物的外形；我還會(huì)意識(shí)到我小時(shí)候曾經(jīng)有過(guò)一個(gè)這樣的棕白色的狗，在我生活過(guò)的后院里也這樣地活蹦亂跳；甚至可能會(huì)勾起我跟它一起玩鬧的記憶?！翱匆?jiàn)”（這個(gè)狀態(tài)）所包含的所有這些方面，都將會(huì)在視覺(jué)皮層以不同模式得以表征。
格蘭特的研究關(guān)注的V1區(qū)域的核心功能——記錄視覺(jué)刺激——在20世紀(jì)早期被發(fā)現(xiàn)；當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)腦袋后部（大概就是他們的視覺(jué)皮層）有槍傷的士兵，盡管視力正常，但卻出現(xiàn)了部分的失明。來(lái)自嚙齒動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)證實(shí)我們所看到的事物的方位和形狀在V1區(qū)域被重建。假如我看著一棵樹(shù)，眼睛的后部將把一個(gè)正立的樹(shù)的表象記錄在V1區(qū)域。但是直到1990年代，神經(jīng)科學(xué)家通過(guò)一種叫多體素模式識(shí)別的方法，才得以對(duì)人類中的非侵入性表征進(jìn)行精確定位。這種技術(shù)運(yùn)用功能磁共振將視覺(jué)皮層投射到微小的結(jié)構(gòu)——體素——上；而體素又與腦部血流的模式相一致。比如，這個(gè)區(qū)域一個(gè)負(fù)責(zé)表征形狀的模式，可能會(huì)告訴我們某個(gè)人正在看一只狗；而該區(qū)域另外一個(gè)負(fù)責(zé)表征顏色的模式將顯示這條狗是褐色的。
格蘭特的項(xiàng)目將這一技術(shù)提升到了一個(gè)新的水平，他使用計(jì)算模型來(lái)識(shí)別圖片的同時(shí)重建了它們。在對(duì)我進(jìn)行功能磁共振掃描的晚上，我見(jiàn)到了格蘭特實(shí)驗(yàn)室里的五個(gè)成員。他們?cè)谶^(guò)去三年內(nèi)與概率理論作斗爭(zhēng)，爭(zhēng)取提出最優(yōu)的算法來(lái)推動(dòng)這個(gè)計(jì)算模型的發(fā)展。當(dāng)我問(wèn)他們到底如何設(shè)計(jì)出這些算法編碼時(shí)，托馬斯·納斯拉瑞斯，一個(gè)高個(gè)子卷發(fā)的博士后在黑板上寫(xiě)下了一個(gè)很長(zhǎng)的叫做貝葉斯理論的方程。這是概率理論的基本法則，可以計(jì)算對(duì)于全新的信息而言，其概率變化如何。他說(shuō)，這是他們的技術(shù)的核心。
為了計(jì)算某個(gè)人的大腦表征特定圖片的模式的概率，研究者首先必須使用相當(dāng)數(shù)量的抽樣數(shù)量來(lái)啟動(dòng)這個(gè)特殊的方程，他們需要使用被試的功能磁共振掃描數(shù)據(jù)中的1750個(gè)來(lái)訓(xùn)練這個(gè)模型?！皩?duì)于每個(gè)人可能看到的任何一張圖片，貝葉斯理論會(huì)告知我們每張圖片被正確預(yù)測(cè)的概率，”納斯拉瑞斯說(shuō)。這有點(diǎn)像試圖預(yù)測(cè)隱藏在防水布下面的汽車(chē)的品牌：為了提出準(zhǔn)確的猜測(cè)結(jié)果，你首先必須分析所有可以獲得的線索——防水布的外形、大小、甚至是車(chē)主的類型、可能還有引擎的聲音。獲取的信息越多，你就猜得越準(zhǔn)。同樣的道理，投入方程里運(yùn)算的數(shù)據(jù)越多，你的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性就越高。
跳舞的熊
從某人的大腦里提取他所看到的圖片的能力是一項(xiàng)讓人印象深刻的技藝，但是一個(gè)更大的挑戰(zhàn)是計(jì)算出這個(gè)人看到這張圖片時(shí)的確切想法。格蘭特沒(méi)法知道，比如，當(dāng)我躺在掃描儀里到底想了些什么。這是因?yàn)樗枷?，不像圖片一樣被規(guī)則地記錄在大腦后部。
那么思想到底記錄在大腦的什么位置呢？湯姆·米切爾，一位美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家，同他的同事馬塞爾·賈斯特一起，使用功能磁共振和多體素模式識(shí)別的方法回答了這個(gè)問(wèn)題。他們已經(jīng)成功地將大腦的反應(yīng)投射到圖片、詞匯和情緒上，米切爾相信他的實(shí)驗(yàn)室在未來(lái)十年內(nèi)也可以解碼思想，而不僅僅只是圖片。
為了精確定位思想在大腦中表征的位置，在最近的一項(xiàng)研究中，他讓志愿者進(jìn)入功能磁共振儀器，同時(shí)給他們呈現(xiàn)兩個(gè)物體——比如，一個(gè)錘子和一套房子，并且運(yùn)用軟件來(lái)分析大腦多個(gè)區(qū)域觸發(fā)的體素模式，最終確定被試在想哪個(gè)物體。像格蘭特一樣，米切爾能夠達(dá)到90%的準(zhǔn)確率?！爱?dāng)你想著錘子時(shí)，你想到了錘子的所有屬性。你可能會(huì)想著揮動(dòng)錘子，這就會(huì)激活運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)元，”他說(shuō)?！澳阋部赡軙?huì)想它像什么，這會(huì)激活視覺(jué)皮層?！彼膱F(tuán)隊(duì)同時(shí)將杏仁核和前扣帶回——這兩個(gè)區(qū)域與諸如憤怒和愛(ài)等情緒相關(guān)——的功能磁共振數(shù)據(jù)集中起來(lái)，來(lái)識(shí)別當(dāng)人們聽(tīng)到“愛(ài)”、“公平”和“焦慮”等詞匯時(shí)的大腦模式。
神谷之康，日本高級(jí)電信國(guó)際研究所的一名計(jì)算神經(jīng)科學(xué)家，相信他能夠?qū)⒃摷夹g(shù)再推進(jìn)一步，進(jìn)而可以解夢(mèng)。今年夏天，他計(jì)劃通過(guò)功能磁共振解讀熟睡中的人的大腦信號(hào)，像格蘭特一樣，再重建夢(mèng)境。
同時(shí)，格蘭特和他的博士后西本真治正在嘗試重建大腦中儲(chǔ)存的電影影像。在我完成我的功能磁共振掃描后，格蘭特在他的電腦上向我展示了一個(gè)視頻片段，視頻像幻覺(jué)一樣描繪了漂浮在雪山前的一只熊。每隔幾秒，一只新的熊被放大到視頻前面，然后又像拋向空中的水皮球一樣漂走了。偶爾一個(gè)彩色的立方體飛過(guò)熊。僅僅只是看著它就讓我眼暈。“這是一個(gè)運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)的影片，”格蘭特興奮地說(shuō)，“它會(huì)讓你的視覺(jué)系統(tǒng)絕對(duì)的瘋狂，所以你的視覺(jué)系統(tǒng)充滿了血流和信號(hào)。”
西本真治，實(shí)驗(yàn)室里典型的“運(yùn)動(dòng)控”，可以從大腦掃描數(shù)據(jù)里重建出這些熊的顏色、位置和運(yùn)動(dòng)，并生成原始視頻片段的復(fù)制版本。在一個(gè)類似的實(shí)驗(yàn)里，他讓一名志愿者躺在功能磁共振儀器里觀看一個(gè)電影預(yù)告片兩個(gè)小時(shí)。然后計(jì)算機(jī)將被試的大腦模式與影片里的顏色和移動(dòng)形狀進(jìn)行匹配。為了逐步建立計(jì)算模型的參考數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)啟動(dòng)貝葉斯方程，研究者用上千個(gè)小時(shí)的YouTube視頻來(lái)訓(xùn)練這個(gè)模型，并且使用它來(lái)預(yù)測(cè)人們觀看這些視頻時(shí)大腦將如何反應(yīng)。然后，當(dāng)被試觀看一段全新的視頻片段時(shí)，計(jì)算機(jī)就能夠?qū)⑿碌拇竽X模式與數(shù)據(jù)庫(kù)中的匯總的圖像片段進(jìn)行匹配，進(jìn)而重建原始視頻片段。重建的視頻，像重建形狀和顏色一樣，刻畫(huà)了運(yùn)動(dòng)的綜合流程，雖然它丟失了詳細(xì)的細(xì)節(jié)，比如臉部特征。研究者稱，只要有更多的數(shù)據(jù)參入計(jì)算模型的計(jì)算，重建視頻的分辨率將會(huì)提高。“當(dāng)我告訴任何人我能夠做到這點(diǎn)時(shí)，”格蘭特說(shuō)，“他們都說(shuō)絕不可能?！?/p>
回想起我在進(jìn)行功能磁共振掃描時(shí)看到的老鼠家族的巢穴圖片——我所看到的只是簡(jiǎn)單的黑白圖片——而想到我們的心理加工過(guò)程在這種方式下能夠被簡(jiǎn)化成一個(gè)個(gè)二進(jìn)制的值，稍微有點(diǎn)不可思議。但話說(shuō)回來(lái)，這就是控制著我們?nèi)魏嗡?jiàn)所聞、所思所想的一個(gè)神秘黑盒子里的神經(jīng)元的真實(shí)圖景。“所有的都是數(shù)字，”格蘭特說(shuō)，“而訣竅就是做好記錄。”
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“利維坦”（微信號(hào)liweitan2014），也就是我本人吳淼（寫(xiě)詩(shī)的時(shí)候叫“二十月”）的訂閱號(hào)，純粹個(gè)人興趣——神經(jīng)基礎(chǔ)研究、腦科學(xué)、詩(shī)歌、小說(shuō)、哲學(xué)……亂七八糟的什么都有。反清新，反心靈雞湯，反一般二逼文藝，反基礎(chǔ)，反本質(zhì)，不以商業(yè)化為目的，也不追求所謂用戶數(shù)量，喜歡就來(lái)看看，沒(méi)準(zhǔn)兒能給你些啟示，不喜歡就麻煩你手一哆嗦取消對(duì)我的關(guān)注。
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