“球2”數(shù)字生命計(jì)劃大揭秘 距離夢(mèng)想成真要多久？

看完電影之后，很多人十分關(guān)注數(shù)字生命計(jì)劃。自古以來(lái)，生死永遠(yuǎn)是人世間最難解的悲情，為此無(wú)數(shù)人曾向往甚至試圖嘗試永生。

古代，前有秦皇遣徐福仙島問(wèn)藥，后有漢武筑高臺(tái)接仙露?，F(xiàn)代，人們對(duì)永生的向往也隨著云計(jì)算、人工智能的發(fā)展而改變，《黑鏡》《萬(wàn)神殿》《超驗(yàn)駭客》等等科幻作品都曾經(jīng)深入思考如何實(shí)現(xiàn)數(shù)字世界的永生/或者重生。

下面我來(lái)說(shuō)說(shuō)關(guān)于腦機(jī)接口的設(shè)計(jì)思考。

電影劇照自從1920年德國(guó)精神科醫(yī)生Hans Berger博士[1]用大腦頭皮上的貼片電極成功測(cè)量人類“腦電圖”以來(lái)，科學(xué)界就猜測(cè)腦電波是一種可用于大腦直接對(duì)外/對(duì)內(nèi)交流的信息載體，此后關(guān)于腦電控制/腦波暗示等的科幻/游戲創(chuàng)作一直不絕于耳，比如《命令與征服：紅色警戒2》里就有一種叫做“尤里”的作戰(zhàn)單位，可以通過(guò)操縱腦電波實(shí)現(xiàn)對(duì)其他單位的精神控制。但在當(dāng)時(shí)，沒(méi)有人想要把這些狂妄的想法變成現(xiàn)實(shí)。

這種情況延續(xù)到1970年，科學(xué)界逐漸認(rèn)識(shí)到，人類腦電波中某些可觀測(cè)部分可以反映大腦狀態(tài)[2]。比如醫(yī)院里，腦電圖儀通過(guò)觀測(cè)alpha波（alpha wave）來(lái)輔助醫(yī)生完成腦部疾病診斷。更有甚者，在大腦產(chǎn)生動(dòng)作意識(shí)后，部分腦電波會(huì)隨之產(chǎn)生變化。當(dāng)時(shí)的科學(xué)家認(rèn)為，如果能夠捕捉到這些變化的電信號(hào)，或許就能還原出受到刺激時(shí)的大腦 “意識(shí)”。后來(lái)第三代腦波測(cè)謊儀就由此而生：當(dāng)受到小概率事件刺激（比如正在編造謊言）后，300ms-1000ms左右可以觀測(cè)到正向腦電波波峰（即P300波），以此可判斷被試者是否說(shuō)謊。

著名科幻概念“意識(shí)上傳”，其實(shí)是此現(xiàn)象的反向利用，即“對(duì)腦電信號(hào)/人腦結(jié)構(gòu)的完全觀測(cè)是否能還原人類意識(shí)本身？”這個(gè)半科學(xué)半哲學(xué)命題我們先不討論，只給大家留下個(gè)小懸念。但毫無(wú)疑問(wèn)，1970年起，科學(xué)界已清楚知道大腦電信號(hào)與人類意識(shí)之間必然存在關(guān)聯(lián)，并為總結(jié)這些關(guān)聯(lián)付出了大量實(shí)踐。

通過(guò)腦機(jī)接口對(duì)電腦輸入字符既然已知存在聯(lián)系， 那我們能否利用某種腦電波來(lái)直接控制人體外部設(shè)備？比如假肢或者電腦？

這是腦機(jī)接口的核心科學(xué)問(wèn)題，原文來(lái)自加州大學(xué)洛杉磯分校Jacques J. Vidal教授在1973年發(fā)表的開(kāi)創(chuàng)性論文[3]。Vidal教授此人是一個(gè)傳奇，他當(dāng)過(guò)電氣工程師，做過(guò)空軍飛行員，后來(lái)還是回歸高校，穿上西裝拿起教鞭，最后開(kāi)始在加州大學(xué)洛杉磯分校腦科學(xué)研究所研究哺乳動(dòng)物前庭系統(tǒng)。在成為一名獨(dú)立研究者后，他很快就接到了美國(guó)國(guó)防部資助的人機(jī)通信項(xiàng)目（Brain-Computer Communication），這也是1973年這篇論文的來(lái)源。

1973年，Vidal教授在《Toward Direct Brain-Computer Communication》一文中首次提出了“腦機(jī)接口”這個(gè)術(shù)語(yǔ)在這篇論文里，他十分篤信自己的預(yù)言：“即使僅以當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)科學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)的現(xiàn)狀為基礎(chǔ)， 也預(yù)示著這樣的壯舉可能即將來(lái)臨”。要知道，當(dāng)年計(jì)算機(jī)才剛剛興起，雅達(dá)利公司還只是個(gè)1歲的新生嬰兒，距離《吃豆人》誕生還有7年時(shí)間；而就在三年前（1970年），26歲的Ken Thompson剛剛在一臺(tái)破舊的PDP-7上開(kāi)啟UNIX紀(jì)元。他不會(huì)意識(shí)到，僅僅13年后，他將因此獲得圖靈獎(jiǎng)（注：UNIX紀(jì)元是蘋果的OS X等類UNIX操作系統(tǒng)和JAVA等主流編程語(yǔ)言的時(shí)間起點(diǎn)）。

即使此后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，腦機(jī)接口都沒(méi)有取得明顯科學(xué)進(jìn)展，甚至在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是某種“科學(xué)幻想”，我們也不得不佩服Vidal教授對(duì)神經(jīng)科學(xué)和計(jì)算科學(xué)的洞察和遠(yuǎn)見(jiàn)：因?yàn)樵?0年后的今天，“腦機(jī)接口”已成了科技領(lǐng)域無(wú)人不知的技術(shù)趨勢(shì)之一，甚至已經(jīng)成為了某種“科技時(shí)尚”。

其實(shí)在了解 “數(shù)字人類”的核心概念時(shí)，我們就認(rèn)真思考過(guò)腦機(jī)接口的具體呈現(xiàn)形式。早期討論中，曾有兩種方案：“侵入式腦機(jī)接口”，即通過(guò)探針直接采集/刺激大腦皮層電信號(hào)，通俗的視覺(jué)呈現(xiàn)就是腦后插管，為了植入電極一般需要開(kāi)個(gè)真的“腦洞”；另一種就是大家現(xiàn)在看到的“非侵入式腦機(jī)接口”，即通過(guò)電極貼片采樣頭皮腦電（Electroencephalogram，EEG），一般通過(guò)頭戴腦電帽或者頭盔實(shí)現(xiàn)?！栋⒎策_(dá)》里有比較直觀的對(duì)比，人類進(jìn)入阿凡達(dá)用的是非侵入式腦機(jī)接口，而阿凡達(dá)連接靈魂樹(shù)，可以類比為侵入式腦機(jī)接口。

在現(xiàn)實(shí)里，因?yàn)榭芍苯咏佑|大腦皮層，前者通常更準(zhǔn)確、可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量更大、未來(lái)真正實(shí)現(xiàn)的可能性也更高，但是考慮視覺(jué)、道德（腦后插管有點(diǎn)過(guò)于邪惡了）和數(shù)字生命計(jì)劃可能的普適性問(wèn)題（在近代做這種手術(shù)實(shí)在不太可能獲得那么多簇?fù)恚?，最后選擇了非侵入式方案，不然這位躺下的小哥可能已經(jīng)被腦后插管，不會(huì)笑得那么輕松了。

總結(jié)來(lái)看，如果我們要實(shí)現(xiàn)數(shù)字人類，可以：

用生前的相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)資料完成“數(shù)字重生”或制作 “數(shù)字化身”，這也是目前現(xiàn)實(shí)世界“數(shù)字人類”的主要實(shí)現(xiàn)方式。目前這種“數(shù)字人類”擬真程度距離真正人類相去甚遠(yuǎn)；

另一種可能是把人的心智“數(shù)字化”后轉(zhuǎn)移到不同“載體”上（比如更高級(jí)的電腦），如果載體足夠耐用，能量充足，那么技術(shù)上人類就可以永生在數(shù)字世界。

后者顯然更適合影片背景。但是在此之前，我們還必須思考心靈和身體的關(guān)系。

這是一個(gè)古老的問(wèn)題。在亞里士多德之前，古希臘哲學(xué)家就開(kāi)始思考心靈和身體的關(guān)系，即“心身問(wèn)題”，至此已有兩千多年。

心身問(wèn)題主要體現(xiàn)在笛卡爾二元論的困惑：他認(rèn)為每個(gè)人都由身體和心靈兩種不同實(shí)體組成；身體與心靈可分離、獨(dú)立存在、可以相互作用，心靈無(wú)實(shí)體。20 世紀(jì)中期，這種觀念隨著科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了一些變化。一些神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)為，意識(shí)蘊(yùn)含在大腦的信息處理中，它實(shí)質(zhì)是大規(guī)模神經(jīng)元集群產(chǎn)生的“涌現(xiàn)”現(xiàn)象，根據(jù)這一猜想，他們把心智比喻成軟件程序，其運(yùn)行在一個(gè)稱為大腦的硬件上。細(xì)心的讀者可以看出來(lái)，這是“意識(shí)上傳”這個(gè)科幻概念的哲學(xué)基礎(chǔ)，在《萬(wàn)神殿》等作品里有所體現(xiàn)，也是影片中“數(shù)字生命計(jì)劃”的靈感來(lái)源。

現(xiàn)代科學(xué)卻認(rèn)為笛卡爾的觀點(diǎn)并不完備[4]。雖然心智毋庸置疑源自大腦，但大腦往往通過(guò)重組神經(jīng)元之間的連接（即神經(jīng)突觸）來(lái)存儲(chǔ)信息，產(chǎn)生記憶，而行為意識(shí)，也很可能源自大腦各神經(jīng)元之間、各皮層區(qū)域之間的相互作用[5]。某種程度上，人腦形成新記憶和新意識(shí)的過(guò)程，會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)突觸的生成、斷開(kāi)或強(qiáng)度改變，對(duì)外反映為腦電波變化。

對(duì)于“心身問(wèn)題”的三種觀點(diǎn)這種調(diào)整會(huì)對(duì)科幻設(shè)定有什么影響？

在過(guò)往科幻作品里，比如《萬(wàn)神殿》里提到的“上載智能”，認(rèn)為對(duì)人類大腦的神經(jīng)連接進(jìn)行分子級(jí)別的結(jié)構(gòu)快照就可以把思維、意識(shí)、情感上傳到云端，這是一種比較典型的符合笛卡爾觀點(diǎn)的“數(shù)字化人類實(shí)現(xiàn)框架”。

我們認(rèn)為這也是不完備的。根據(jù)上述分析我們推測(cè)，記憶、行為（或者某種意義上，心智）與大腦神經(jīng)突觸的變化存在聯(lián)系，即“心身其實(shí)存在部分相關(guān)性”。單純的短時(shí)大腦結(jié)構(gòu)快照并不一定能完全還原心智。人的意識(shí)活動(dòng)不僅僅源自大腦神經(jīng)的連接形態(tài)，同樣會(huì)體現(xiàn)在神經(jīng)元連接的生滅之中，所以需要記錄相關(guān)神經(jīng)活動(dòng)規(guī)律，才有望實(shí)現(xiàn)意識(shí)還原。

*基于改善笛卡爾二元論的數(shù)字化人類實(shí)現(xiàn)框架（笑，腦洞誤糾）*至此，我們對(duì)“數(shù)字化”一個(gè)人類的神經(jīng)生物學(xué)和哲學(xué)思考已經(jīng)結(jié)束。如果從現(xiàn)實(shí)世界作為起點(diǎn)，我們只需要做出一些重要假設(shè)，就可以回答“如何制作一個(gè)數(shù)字化人類”這個(gè)初始問(wèn)題。這些假設(shè)包括：

完全準(zhǔn)確的大腦結(jié)構(gòu)快照可以通過(guò)記錄神經(jīng)元連接來(lái)存儲(chǔ)已有記憶；

完美的腦機(jī)接口可以實(shí)現(xiàn)與被試大腦的長(zhǎng)期腦波交互，記錄各種意識(shí)活動(dòng)對(duì)應(yīng)的大腦活動(dòng)模式；

全腦仿真可以順利完成思維擬合，進(jìn)而重建意識(shí)；

不論定性還是定量上看，重建意識(shí)都與原有意識(shí)完全相同。

如果上述假設(shè)都滿足，我們才可以說(shuō)人類的意識(shí)是可以被上傳或者被復(fù)制的。影片里呈現(xiàn)的“人類數(shù)字化”流程在我們眼前就逐漸清晰。比較學(xué)術(shù)的概括，我們提出的“數(shù)字化人類”一般性框架應(yīng)該是：

被試者有必要較長(zhǎng)期佩戴非侵入式腦機(jī)接口設(shè)備，通過(guò)腦電波變化來(lái)記錄思維與神經(jīng)元連接生滅之間的相關(guān)規(guī)律；

通過(guò)短期的大腦結(jié)構(gòu)快照，來(lái)記錄現(xiàn)有大腦的神經(jīng)元連接結(jié)構(gòu)，從而復(fù)制記憶；

利用這些上述兩點(diǎn)獲得的數(shù)據(jù)完成全腦仿真；

在此過(guò)程中不斷與被試大腦腦波交互，確保全腦仿真和原本大腦的判斷方式相同，就是“心智不變”。

這一整套流程的輸出結(jié)果，就是一個(gè)科幻意義上的、具有思維和意識(shí)的“數(shù)字化人類”，就是影片中印度小哥那套機(jī)器的功能了（雖然好像電影里不會(huì)出現(xiàn)很長(zhǎng)時(shí)間）。

參考文獻(xiàn)：

1.^Haas L F. Hans berger (1873–1941), richard caton (1842–1926), and electroencephalography[J]. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry, 2003, 74(1): 9-9.

2.^Kamiya J. Conscious control of brain waves[J]. Psychology today, 1968, 1.

3.^Vidal J J. Toward direct brain-computer communication[J]. Annual review of Biophysics and Bioengineering, 1973, 2(1): 157-180.

4.^Marg E. DESCARTES'ERROR: emotion, reason, and the human brain[J]. Optometry and Vision Science, 1995, 72(11): 847-848.

END

作者：崔原豪 《流浪地球2》電影科學(xué)顧問(wèn)

中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)科學(xué)普及工作委員會(huì)主任助理