插口人生：腦機時代已來？

文/喬小幫主

在《攻殼機動隊》和《阿麗塔：戰斗天使》中，主角只有大腦保存完好，安裝了外骨骼之后奇跡般地復活，在腦機接口技術的加持下，還能進行激烈刺激的戰斗；在《黑客帝國》中，人類通過腦后插管可以在虛擬世界中生活，并且渾然不覺有任何異樣；在威廉·吉布森的短篇小說《冬季市場》中，主角患有先天性殘疾，只能依靠腦機接口控制外骨骼活動，為了擺脫羸弱的肉體，她最終將意識轉譯成計算機程序，獲得了永生。在《科幻世界》2019年6、7期連載的陳虹羽《永劫之境》中，被實驗人員通過人機接口進入相互干涉影響的共享意識世界，但這項看似通過激發植物人意識救死扶傷的技術，背后卻隱藏著泯滅人性的軍事用途……相信大家對于科幻作品中設想的腦機接口的強大功能并不陌生。

2020年8月，埃隆·馬斯克召開了一次發布會，展示了其投資的Neuralink公司最新的腦機接口設備。在演示中，這款設備可以記錄實驗豬腦內的神經電信號、預測它的運動。同時，他還宣稱腦機接口能夠召喚汽車、打游戲，并且能治療諸如失聰、失憶、中風等疾病，甚至連抑郁癥、焦慮、失眠、成癮都能治療。此外，他還聲稱有望在5年內實現大腦間的直接交流，將來還能上傳和下載記憶，從而實現科幻中的“數字永生”。

看樣子，科幻成為現實指日可待了。但實際上，他所演示和聲稱的功能，有些早已經實現，還有些仍然是天方夜譚。要搞清這個問題，首先應該知道科學家們研究的腦機接口是何物，以及它們究竟能干什么。

何謂腦機接口？

顧名思義，腦機接口（Brain-Computer Interface，BCI）就是連接大腦與計算機之間的信息系統，可以讓大腦直接和計算機溝通。腦機接口的信息傳遞是雙向的，既能從大腦傳遞信息到計算機，進而操控與之連接的外部設備，也能從計算機傳遞信息到大腦，用電信號刺激腦神經。

那么，腦機接口是如何運作的呢？神經科學研究發現，即使神經系統和運動器官因損傷而喪失作用，只要大腦功能保持正常，那么控制指令依然能夠通過腦電信號從大腦中傳輸出來，只不過損傷的肢體不會隨之活動罷了。人們在進行某些思維活動，或者在某些外部刺激下，腦電信號會呈現出與刺激相對應的規律性變化。因此，抽象虛擬的大腦活動，可以通過具體真實的腦電信號來表達，這種信號是大腦與外界溝通的橋梁。腦機接口即是通過檢測或影響這種腦電信號來和神經元溝通的。

此外，腦機接口的另一個原理是大腦的功能組成。我們知道，大腦的各種功能通常由一些具體位置（即腦區）來負責，比如視覺依賴大腦枕部的區域來實現，如果該腦區受傷，就會讓視覺能力受損，此即大腦功能的局部性。同時，每種功能也需要多個腦區的協同合作才能實現，任何一個涉及相關信息加工的腦區產生故障，都會導致人體最終的行動（語言、表情、動作等）出現問題，此即大腦功能的分布性。這對于腦機接口采集信號或者電極植入位置的選擇至關重要。

按照人機連接的方法來劃分，腦機接口一般分為無創型（非植入型）和植入型。

常見的無創型BCI是基于腦電圖（EEG）的腦機接口，這種記錄系統有幾十到上百個圓盤形電極，每個電極的形狀和大小跟紐扣差不多。將這些電極粘貼在頭皮上，即可記錄大腦中的電流變化。植入型腦機接口則需要通過在頭顱植入電極來記錄神經元活動，電極既可以植入到顱骨與大腦之間，也可以植入到大腦皮層內部。這幾種方法所收集的神經信號精度和強度有明顯不同。

我們可以將大腦想象成一座正在舉行球賽的巨大的體育館，每個神經元就是一名觀眾，一個神經元發出的動作電位就是觀眾的一次呼喊。對于無創型腦機接口來說，貼在頭皮上的電極就像貼在體育館外墻上傾聽館內聲音的麥克風，每個觀眾的呼喊聲（神經元的信號）是非常微弱的，麥克風只能探測到館內那一億名觀眾疊加的呼喊。在這種情況下，很難探測到一個人（神經元）的呼喊（動作電位），自然就無法了解具體某個神經元的活動，更何談了解大腦的具體狀態？但進球時，觀眾會齊聲歡呼，聲音具有同步性，會比雜亂無章的各種聲音更大。所以，根據這種同步性的歡呼，就能猜到館內發生了什么。EEG記錄系統就是通過探測大量神經元的同步活動，來推測大腦的工作狀態。

植入到顱骨與大腦之間的電極陣列，相當于把麥克風安裝到體育館的內墻上，當然，它仍然難以記錄單個神經元的活動，和EEG一樣只能測到多個神經元的整體活動，但其空間分辨率更高了，記錄到的神經元數量更少，位置也更具體。而植入到皮層內的電極陣列，則相當于把巨型麥克風放到觀眾當中，可以記錄周圍幾個人的歡呼，不過，由于人與人之間的呼叫聲有些不同，在軟件的幫助下可以把某個呼叫聲和呼叫人對應起來，理論上能得到單個人（單個神經元）的活動。因此，植入到大腦皮層里的電極所提取的信息，比其他方法更加詳細。但是，目前還沒有對某個神經元進行選擇記錄的能力，只能根據大腦的功能區來選擇植入電極陣列的位置，例如需要控制假肢時，可以在參與控制手臂或腿部運動的腦區植入電極。

提取到神經信號后，還要進行解碼。就像球賽觀眾里有兩支隊伍的支持者，一方支持者所支持的球隊進攻時，他們會發出更多的歡呼，反之，他們就比較安靜。但他們偶爾也會因為其他事情歡呼。這就相當于不同的神經元有不同的偏愛方向。查明神經元的偏愛方向后，實時記錄它們的活動，就可以猜測那個人的運動意圖。該過程就叫解碼。之后，控制系統需要根據解碼結果來控制假肢或光標，而且還能向大腦提供反饋信號，以便調節機械臂或光標等的操控。

腦機接口究竟能干什么？

腦機接口最主要的用途就是通過接收使用者指令性的腦電信號，將其轉化輸出，進而控制外部設備或周圍的環境（比如開關燈、控制室溫等）。

從已有的報道來看，前文提及的馬斯克展示和聲稱的部分功能其實早就實現了。比如無創型腦機接口，它可以探測到神經元同步活動頻率的變化，通過分析各頻率的相對強度，把分析結果反饋給使用者或實驗者，也可根據這些結果來控制目標。利用這一原理，可以有些很有趣的應用。早在1985年，邁克爾·斯萬維克和威廉·吉布森合著的小說《空戰游戲》中就提到了通過粘貼在耳后的控制器，來操控戰斗機進行空戰比賽。而在現實中，市面上也有相應的可穿戴腦電波玩具了，例如讓玩家用腦電波給玩具車加速來比賽，或者戴上可以探測分析腦電波的貓耳朵，即可根據佩戴者情緒的變化做出相應的指示動作。

而且，這種腦機接口還能獲取大腦對身體各部位運動的想象，例如是否在想象運動左手或右腳，在想象不同的運動時，會激活控制相關運動功能的腦區的神經元，它們附近的電極所記錄的頻率就會有所變化。軟件同時分析多電極的信號，用算法來猜測使用者的想象，從而實現讓輪椅轉彎或前行，以及控制外骨骼行走等等。除此之外，無創型腦機接口還可以讓使用者選擇屏幕上的圖標，實現打字的功能，目前的頻率已經達到一分鐘輸入上百個字母了。

植入型腦機接口可以實現更為復雜的功能。2020年初，我國完成了首例植入型腦機接口的臨床研究，病人進行4個月的康復訓練之后，實現了用意念控制機械臂進食、喝水和日常娛樂等行為。當然，除了能更好地控制假肢活動之外，植入型腦機接口還可以直接讀取人想說的話。方法是用電極記錄大腦語言區的神經活動，同時讓受試者閱讀或默念一些句子，然后分析獲得腦電信號各頻率的相對強度，再根據這些頻率找出腦活動對應的語言。了解到腦電頻率和語言之間的關系后，就能把記錄到的信號轉換成句子，即便不開口，機器也能了解并表達使用者想說的話。

近年來，腦機接口在醫學康復領域的應用也逐步興起。比如中風損壞的是大腦皮層的運動中樞，傳統的物理訓練康復只是活動胳膊和腿腳，效果并不很好。如今，基于腦機接口開發了一種主動的訓練方式，即讓中風病人想象癱瘓肢體的運動，在想象時，腦電波是有反應的，從而可以通過腦機接口系統測量到這種腦電波信號，一旦發現病人真的想動時，再去啟動訓練的機器人，這種訓練方式非常有效。2014年，天津大學神經工程團隊研制了一套應用于全肢體中風康復的人工神經機器人系統，在患者體外仿生構筑了一條人工神經通路，通過模擬解碼患者的運動康復意念信號，驅動神經肌肉電刺激，從而讓癱瘓的肢體做出了對應的動作。

此外，腦機接口也能應用到健康人的訓練當中，比如可以探測到優秀射擊選手執行任務時的腦狀態，因此，把腦活動及時反饋給射擊選手，讓其了解自己距離優秀水平還有多大差距，從而調整腦狀態，盡快達到優秀水平。

以上介紹的都是用腦機接口讀取大腦信號，然后將解碼的信息發送出去，以實現某種目的。除此之外，腦機接口也能向大腦傳遞信息，刺激電極周圍的神經元，既能提供反饋（比如用機械臂抓握玻璃杯時，通過相應的反饋來調整抓握力度），也能產生人工觸覺、人工視覺和人工聽覺。不過，腦內電刺激還處在實驗階段，相比之下，神經接口電刺激（對大腦以外的神經進行電刺激的技術）發展較為成熟，一些利用該技術的神經接口產品已經上市，比如人工耳蝸和人工視網膜，分別是用電刺激來激活聽覺神經和視網膜里的神經元，從而讓患者重新獲得聽覺和視覺，前提是聽覺神經和視網膜神經，以及相關的神經中樞都完好無損。

深部腦刺激

馬斯克也提到腦機接口將來可以治療抑郁癥、失憶等大腦深部病變導致的神經精神疾病，利用的就是腦內電刺激。事實上，對于這類疾病，已經有相對成熟的治療手段了，這種技術叫作“深部腦刺激”，俗稱腦起搏器。

腦起搏器最主要的應用是治療帕金森病。迄今為止，全球已經有超過10萬名帕金森病和其他神經精神疾病患者因此受益。以治療帕金森病為例，腦起搏器的電極植入丘腦底核區域，脈沖發生器植于胸前皮下，延長導線則在皮下連接脈沖發生器和電極。手術完成后，腦起搏器會發出一定頻率的電刺激脈沖，通過電極觸點作用于丘腦底核區域，調節大腦內異常的神經活動，從而達到改善癥狀的作用。除了帕金森病之外，腦起搏器對于原發性震顫、肌張力障礙、慢性疼痛等疾病都有很好的效果，神經科學家也在積極探索將其用于癲癇、抑郁、強迫癥、老年癡呆、成癮等神經精神疾病的可能性。

一般來講，腦機接口和腦起搏器的電極植入的腦區是不一樣的。由于運動中樞、感覺中樞、聽覺中樞、語言中樞等均位于大腦皮層，所以植入型腦機接口的電極需要植入皮層，而腦起搏器的電極需要植入大腦深部，例如治療帕金森和抑郁癥的靶點分別位于丘腦和扣帶回膝下部，植入皮層的腦機接口電極恐怕“鞭長莫及”。對外宣傳中談及的腦機接口有望治療各種神經/精神疾病，往往指的是深部腦刺激。當然，也可以將它看作另一種類型的腦機接口。

前路迢迢

有相關研究者設想，到2030年，無創型腦機接口技術發展成熟，癱瘓者可以直接用大腦控制輪椅，外骨骼系統也開始上市。2050年，植入型腦機接口風險大大降低，健康人也愿意使用，安裝第五、第六肢體，士兵還能植入整合了近紅外、聲吶等技術的“眼睛”。2070年，可用植入芯片來提高人的智能，大腦提取芯片里的知識，就像提取記憶中從學校上課學到的知識一樣方便……但這些設想實現的前提是：腦機接口的發展必須十分順利。

盡管已經取得了諸多成績，但到目前為止，腦機接口基本上還處于實驗室展示的水平，距離真正的商業化應用還有很長的路要走，它還面臨著很多亟待解決的難題——

腦科學問題：腦部疾病的致病機制尚在研究當中，這些問題沒有研究明白，腦機接口就不可能有成熟應用。

腦電信號采集的準確性：如果要實施精確監測，必須在腦內植入大量電極。然而，大腦皮層中有上百億個神經元，就像前文以“體育館”打比方所說的那樣，一個電極記錄的是皮層千千萬萬的神經元電信號，不可避免地會受到其他信號的干擾。想要實現真正的精確測量，簡直困難重重。哪怕將來達到幾萬個電極，對于天文數字的神經元來說，也只是九牛一毛。而且，這么多的電極如何植入到大腦里？如何處理海量的數據？一般的計算機很可能實現不了這種超算功能。

安全性和植入電極的工作壽命：將數量巨大的電極植入皮層中，需要打開顱骨，還要保證不引起出血等損傷，難度非常之高。而且我們身體的免疫組織會長期攻擊植入電極，免疫細胞會將它們包圍起來，形成疤痕組織，所以電極的記錄質量會慢慢下降，長則幾年，短則幾個月，電極就完全監測不到神經元活動，如果需要再次使用，就得重新植入電極。這也增加了損傷大腦神經元和感染的風險。

神經解碼和編碼：目前仍然是“黑箱”。腦機接口只是將復雜的神經元活動還原成簡單的腦電波數據，解碼的精確度還是太低了。而且，解碼對應的是“從腦到機”，是“猜測”使用者的“運動意圖”，與“解讀意識”完全不是一個概念，而編碼對應的是“從機到腦”，更是難上加難，基本還處于完全的未知狀態，再加上科學家對于“意識”本身的機制還沒研究清楚，所以意識上傳、數字永生還是科幻構想，恐怕我們有生之年都見不到那天的到來。

通信速度慢：腦機接口最大信息轉換速度只有每分鐘100比特左右，這個效率遠遠達不到正常交流的水平，也無法控制外接設備做出復雜且流暢的動作，更何談像《空戰游戲》中那樣操控戰機進行激烈的比賽？

此外，腦機接口是一門復雜的交叉學科，涉及神經科學、認知科學、機械動力學、信息工程學、材料學等，任何一個學科有短板，都會嚴重制約腦機接口的發展。

腦-腦接口初露曙光[1]

值得一提的是，在腦機接口發展的過程中，還出現了一種叫作“腦-腦接口”的技術。2009年上映的電影《阿凡達》就對此有過展示：人類可以通過腦對腦的直接信息傳遞，遠程控制潘多拉星球上經過改造的納威人的身體。事實上，這絕非異想天開。有研究表明，從一只動物的大腦皮層提取神經電生理信息，將其解碼之后，的確能刺激另一只動物的大腦皮層。

2014年，上海交通大學的研究團隊申請了一項腦-腦接口的發明專利，其工作步驟是：視頻監控動物的運動信息，傳輸至腦機接口的實時控制界面，控制者（人）在控制界面看到動物的運動狀態，然后表達其大腦控制的意圖，腦電采集模塊會采集控制者的腦電信號，發送至計算機端的處理模塊，最后將解碼后的信息發送給動物的神經電刺激電極，進而控制動物的運動方向。簡單地說，它其實包含了兩套腦機接口系統，分別在受控動物和控制者兩端。其目的是利用動物的特長，讓它們在人類的控制下，代替人類完成我們不能和不敢的特殊任務，比如搜索、探險等。

2018年，美國華盛頓大學的研究團隊首次成功建立了多人腦-腦接口系統，成功合作完成了俄羅斯方塊游戲。他們將三名受試者分成兩組，其中二人可以看到完整的游戲界面，并通過腦機接口發出是否旋轉屏幕上最新出現的圖形角度的指令，第三個人接收到指令來實施操作，平均正確率高達81.25%。該研究展示了利用連接大腦的“社交網絡”協作解決問題的可能性。

不過，由于涉及提取腦電信號、解碼、將解碼信息傳遞到正確的神經環路等高難度過程，此前的腦-腦接口信息傳遞速率只能達到每秒0.004至0.033比特，這是制約該技術發展的主要瓶頸之一。2020年初，北京腦科學與類腦研究中心的科研人員提出了一種新型的腦-腦接口，有望解決這一問題。他們先是用光纖記錄系統從“控制鼠”的大腦神經元中提取運動信息，然后將其解碼，進而通過光遺傳學1刺激“阿凡達鼠”的特定神經元，其信息傳遞速率達到了每秒4.1比特，比之前的同類研究高出兩到三個數量級，實現了兩只動物的高度同步化運動，從原理上驗證了跨個體精確控制動物運動的可能性。

從系統構成來看，腦-腦接口與腦機接口密不可分，腦機接口的瓶頸也是腦-腦接口需要克服的，與此同時，腦-腦接口或許還存在專屬于它的難題。雖然困難重重，科幻作品中設想的終極目標也不一定能變成現實，但腦機接口和腦-腦接口有望實現生物智能與機器智能的融合，使大腦與大腦之間、大腦與計算機之間直接進行溝通，前景可謂十分廣闊。全世界的科學家正在努力鉆研，未來一旦取得重大突破，人類歷史的進程甚至會因此而重塑。

【責任編輯：艾 珂】

夢之彼方——虛擬現實的虛擬與現實

文/張雨晨

導言：

《玩家一號》的續作《玩家二號》11月在北美出版發行。故事中那個塞滿人類流行文化瑰寶（和“梗”）的“綠洲”，堪稱是流淌在電子空間的現世天堂。那么，在我們重返“綠洲”飆賽車、開高達之前，何不先來看看支持這精彩故事的科學基礎框架呢？

一 莊周夢蝶

夢境與現實，哪一個更加精彩，哪一個更加讓人留戀？

從《夢游天姥吟留別》到《愛麗絲漫游仙境》，壯麗而詭異的夢境一直是文藝領域經久不衰的創作題材。而隨著科學的發展，向大腦中輸入信息，形成一個“虛擬現實”的科幻概念，開始取代傳統的“神游太虛”，成了新一代文化產品受眾的新寵。

虛擬現實正式成為一個獨立的科幻概念，還是要從“賽博朋克”流派的開山之作《真名實姓》算起。隨后，諸如《神經漫游者》《雪崩》《黑客帝國》《盜夢空間》在內的后續作品，將這一科幻概念極大擴展，為觀者展現出了千姿百態的虛擬現實奇觀。

而在流行文化同樣發達的日本，則圍繞著虛擬現實技術，誕生了《攻殼機動隊》《鈴音》《廢園天使》等科幻經典。時至今日，虛擬現實題材也依然不乏《刀劍神域》和《十三機兵防衛圈》這樣的新潮大作。甚至連一貫老成持重、以“現實系”自居的《高達》系列，也推出了故事情節頗為精彩的“網游高達”——《高達創形者·再起》。

有趣的是，在自身本就是“虛構”的幻想故事中再去描述“虛擬現實”，等于是讓作品本身，化為一場嵌套著的多層夢境?，F在，就讓我們穿透“夢幻境”的層層面紗，潛入它最深處的科學本源吧。

二 歡迎來到現實的荒漠

在認識“虛擬現實”之前，我們首先要弄明白什么是現實。

雖然乍一看“何為現實”是一個幾乎不證自明的蠢問題。但如果打破砂鍋問到底，就會發覺“現實”恰恰是一個極難定義的概念。

在誕生現代科技文明萌芽的古希臘，著名自然哲學家柏拉圖曾經提出了一個乍一看有些匪夷所思的“寓言”：倘若一個人從出生就被鎖在巖洞之中當“面壁者”，所見之物全都是身后大千世界透過洞口投射在巖壁上的影子，那么對于這位命運悲慘的“洞穴囚徒”來說，巖壁上“現實的倒影”就是他所見的一切“現實”。

這個“思想實驗”乍一看似乎匪夷所思，但從嚴密的邏輯思辨角度看，卻提出了一個非常尖銳的問題：我們認識的現實，究竟是客觀的存在，還是由認知能力通過輸入刺激構建出來的幻象？

考慮到我們對“現實”本身的認識，都是建立在感知覺輸入的信息之上，這個“現實究竟是否現實”的問題，就沒有看起來那么不著邊際了。隨著歐洲文藝復興運動對希臘文明薪火的傳承，著名的學者笛卡爾，在柏拉圖的基礎上更進一步，提出了一個如今看來都依然耐人尋味的思想實驗：倘若一只法力高強的惡魔，用卓絕的幻術欺騙了我們所有的感官和知覺，那么我們還能否只靠自己、從內部就識破它精心編織的“夢幻境”呢？更進一步追問，我們怎么確定，如今習以為常的現實，不是一個被惡魔有意用信息壁壘構建的海市蜃樓呢？

時至今日，在流行文化中，笛卡爾的“幻術惡魔”依然有著名為“月讀”“鏡花水月”“對自核夢”和“黑客帝國”的無數化身。這些作品旺盛的生命力，本身就在反映著我們對于“現實”的思考與隱憂。

而隨著現代科學與技術的進步，尤其是神經科學和心理認知科學的快速發展，人類對現實的認知，也從單純的哲學問題，變成了一個橫跨多個學科、涉及無數具體課題的龐大領域。

那么，人類究竟是如何產生對現實的認識呢？

從神經生物學的研究看，以我們的主要感官——視覺為例，大腦的初級視皮層，主要是對視野中物體的邊界、角度朝向、空間頻率等簡單的局部信息進行識別、提取與編碼的。而對復雜物體（比如面孔）的表征識別，則出現在綜合接受大量低級皮層輸入信息的中、高級視覺皮層之中。而再往更高級的腦區走，神經元表征的就是更加抽象、符號化的概念了。

加州理工學院的科學家曹穎，在2017年發表的非人靈長類面部識別機制研究論文中，就以電極記錄的顳葉神經元活動為實驗證據，證明了大腦對面孔的表征和識別，是一個匯總大量神經元反應的過程。具體來說，在顳葉一個負責處理加工面孔等復雜視覺特征的腦區里，不同的神經元會對輸入的不同特征信息分別進行加工，并以自身的放電頻率為編碼手段，分別對某一個具體特征的變化進行持續的表征——比如，一個負責檢測“眼距”特征的神經元，當呈現給大腦的面孔圖片是個眼距很小的人時，它的放電就很少；但隨著雙眼的距離越拉越開，它的放電頻率會變得越來越密集。因此，只要檢測這個神經元的放電頻率，大腦就能知道看到的人眼距是寬是窄。而將這些神經元各自代表的特征維度匯總起來之后，大腦就可以構建一個表征面孔的高維特征空間，識別映入眼簾的每一張面孔。

這種用群體編碼構建面孔的方式，實際上早就被三維動畫建模師用來創建虛擬人物了。最典型的例子，就是很多冒險游戲里開場的角色外觀自定義系統。玩家通過拖動各個特征軸的具體參數，來構建一張符合自己想象的個性化面孔，從而大大增加游戲時的代入感。這個源自計算機建模的“捏人”算法，恰恰與大腦天然的面孔特征表征方式高度類似。

然而，當看到一張熟悉的面孔時，我們根本不需要挨個對比面部特征，就能立刻認出這是誰。即便是陌生的面孔，我們也能在一瞥之下，立刻判斷出這個人的表情、情緒以及可能的性格。

這種現象，神經生物學同樣有實證研究。

回到初級視皮層。先前的大量實驗證據已經證明，這里的神經元主要是表征非常具體的局部信息。那么，當我們掃視充斥著海量具體信息的日常環境時，這里的神經元們會不會被洶涌而入的信息流引發山呼海嘯的全面活動呢？

奇怪的是，自然場景并不能引發初級視覺皮層神經元的大規?；顒印@個結果雖然在科學家意料之外，但也在科學的情理之中：自然選擇從來都會嚴格限制大腦的能量消耗，視覺系統如果對最常見的自然環境都要拉滿功率來應對，那必然早就被淘汰了。

經過進一步的研究，科學家們發現，大腦中各個層級的神經元，都會多多少少受到來自其他神經元反饋調控。而大腦內的不少神經元，即便沒有信息輸入時，自身也會產生一定頻率的自發放電，從而對其他的神經元持續產生或興奮或抑制的輸出效果。只有當神經信號沿著特定的通路傳入這些“自說自話”的神經元后，它們的活動模式才會產生變化。這種“自發放電”活動，在知覺認知的形成過程中，就可被視為一種對外部刺激預先進行判斷和表征的“預期”。初級視皮層的神經元，在看到自然場景時，大部分的活動都會被上位神經元的反饋調控所抑制。

由于大量“預期”的存在，大腦建立“現實”的思維過程，與其說是在“拍照”，不如說是在“作畫”。最終的效果，就是大腦經過學習和積累后，只需要同時激活數量有限的少數神經元，就能高效快速地識別、提取環境中感興趣的信息，再用抽象的預期信息填補空白，并對認為不重要的信息大量過濾、抑制。

再進一步，我們大腦里這種“即興創作”的機制，甚至會讓我們看到一些“不存在”的事物。比如說，三個有缺角的“吃豆人”圖形，配上三個折角線段，在適當的排列后，就會讓大腦“看到”一個實際上不存在的“卡尼薩三角”。而這種“完形填空”一般的思維特性，則讓最早描述這一類大腦認知活動的心理學派，獲得了“格式塔（Gestalt，德語完形之意）”的名號，至今依然對科學、哲學甚至藝術都有著獨特的影響和指導。

因此，即便沒有笛卡爾的“幻術惡魔”，我們的大腦本身，也是在不斷地“自我欺騙”中認識“現實”的。而當這種“自欺欺人”的能力出現病態發展時，就會在腦內不受控制地生成各種真假難辨的詭異幻覺，極大影響患者的精神狀態。這種精神疾病，就是名字經常被誤解為“多重人格”的“精神分裂癥”。

隨著神經科學和臨床醫學的發展，哲學領域也在不斷跟進。進入20世紀之后，法國哲學家拉康，就基于當時的科學研究和臨床觀察，對“現實”提出了著名的“三界”理論。

這其中，“真正的現實”，也就是“實在界（the Real）”，是一個我們實際上從未直接感知過的外部世界。我們以為的“現實”，其實是大腦接收了身體其他部分輸入的神經信號，加以篩選、加工甚至“腦補”之后，在腦內形成的“想象界（the Imaginary）”。而人類憑借演化史上空前發達的高度智能，以符號化的邏輯、語言、故事和知識編織起來的抽象概念世界，則組成了最后的“象征界（the Symbolic）”。

虛擬現實技術，就是在現實的荒漠上，為我們再造一個全新的“想象界”。

三 缸中之腦

笛卡爾惡魔的現代版本，就是“缸中之腦”。

簡單來說，就是讓幻術惡魔化身全套的儀器設備，使一個孤立存在的大腦，也能誤以為生存在現實世界。

不如說，我們的大腦本身，從來就是一個蟄伏在顱腔這個“生物培養槽”之中的“缸中之腦”。因此，只要能夠向大腦輸入以假亂真的信息，在大腦中重建一個“虛擬現實”在理論上是完全可能的。

但具體怎么做呢？

其中一個辦法，就是像笛卡爾設想的那樣，從原有的感官通道里向大腦輸入信息——比如目前流行的VR（Virtual Reality）頭顯設備。這個看著像是“板磚蓋臉”的玩意，主體部分實際上是一個雙眼顯示器。它利用人腦借助雙眼視差形成立體視覺的機制，分別向雙眼投射略有角度差異的影像，營造以假亂真的景深。然后，再通過設備內置的平衡感受器，捕捉使用者的頭部轉動，將對應角度的圖像實時傳遞到佩戴者的眼前，模擬頭部轉動時“眼觀六路”的效果。如果再配上立體聲耳機帶來的“耳聽八方”，甚至體感手柄的“手到擒來”，那虛擬現實的體驗效果就更錦上添花了。著名科幻作品《雪崩》和《玩家一號》中的虛擬現實世界，就是依靠類似的技術實現的。

而類似機制的增強現實（Augmented Reality， AR）則是把虛擬信息投射在透明的目鏡上，并可以讓這些虛擬形象與現實進行一定的交互。這顯然對整套系統提出了額外的現實環境感知識別要求。在《刀劍神域·序列之爭》中，主角們就是通過“黑科技”的AR眼鏡，在現實的街道、廣場和公園中與游戲怪獸戰斗、和虛擬歌姬共舞。不過現實中的AR技術，還遠沒有動畫中想象的驚人能力。

顯然，這樣利用原有“輸入端”來制造虛擬現實的技術，最大的優點就是不會對人體造成直接侵害，可以即戴即用，普及起來非常方便。然而，這類技術也絕非完美無缺。我們的感知覺系統，在漫長的自然演化中被環境刺激打磨得極其敏銳，對類似自然環境的輸入信息有著高度的識別、加工能力。而目前的VR設備，再怎么強化硬件機能，也很難真正騙過我們與生俱來的“火眼金睛”，多沉浸一會兒就會被大腦看出破綻，從而產生眩暈等應激反應。

因此，虛擬現實的另一條路線，就是直接往大腦的感覺皮層里投射信息。

雖然看起來很玄，但“直接往大腦里塞信息”本身，并不是多難的事情。拳擊運動員“臉接重拳”后的“眼冒金星”，就是在頭部受到劇烈沖擊時，位于大腦枕部的初級視覺皮層撞到顱骨后異常放電產生的“輸入信息”。

不過，如果想要輸入有意義的信息，那難度曲線立刻就陡然上升了。受限于大腦駭人的復雜程度，那些表征著抽象概念的中高級皮層，目前對于人類來說還有太多未知。貿然用電極去刺激這些位置，幾乎不可能預測產生的結果，因此很難往里有效地輸入信息。

但是，對于初級視皮層這樣和視網膜有著明確對應投射關系的初級感覺皮層來說，一些經過精心設計的刺激序列，就可以形成有效的信息輸入了。

初級視皮層，就像一張大腦映射視覺信號的投影幕布，它的不同位置，分別對應著視野中不同的“感受野”。因此，我們只要對初級視皮層的不同位置進行刺激，就能在視野中對應的各個位置分別產生“視覺”的效果了。

說白了，就是一種特別精細的“眼冒金星”。

2018年，我國科學家就通過光遺傳技術（可以簡單理解為通過基因工程手段讓特定的神經元可以被特定波段的光刺激激活）精確刺激獼猴的初級視皮層，在清醒的獼猴身上成功輸入了含有基本空間位置信息的“虛擬視覺”。而2020年美國醫學家Yoshor領導的團隊，更是在患者初級視皮層植入視覺皮層假體（Visual Cortical Prosthesis， VCP），再以動態刺激序列激活初級視皮層的不同區域，讓眼部損傷的盲人在黑暗中看到了由連續呈現的視覺刺激軌跡組成的字母。

顯然，現實中的虛擬現實設備，因為科學理論和技術水平的限制，還遠遠達不到科幻故事中的效果。像《刀劍神域》那樣不需要任何有創植入設備、只要戴到頭上就能徹底進入完美虛擬世界的Nerve Gear頭盔，更是當代科學技術框架內甚至無從設想的“黑科技”。

此外，虛擬現實技術倘若真的發展起來，雖然會有巨大的應用前景，但也會產生負面的隱患。不管是像“對自核夢”那樣讓人沉湎的溫柔鄉，還是《副本》中慘無人道的虛擬刑訊室，虛擬現實就像所有技術一樣，本身無分善惡，全看人性將其如何發揮。

但反過來說，虛擬現實技術，本身也并沒有什么特別的。它不過是在現實的荒漠上，為我們的靈魂再搭起一棟可以暫避其中的空中樓閣而已。它就是一面厄里斯魔鏡，我們在其中看到的一切，歸根結底依然是現實的倒影，最后終將砰然墜落到“實在界”的塵埃之中，就像世間存在的森羅萬象一樣。

畢竟，虛擬現實雖然可以無限美好，但倘若能在現實活得同樣精彩，又有誰會一直逃避其中呢？

【責任編輯：艾珂】