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Intel、Google、Microsoft 紛紛設立腦機部門,研發「大腦—電腦—機械介面」新科技。
「阿凡達」、「獵殺代理人」、「火狐狸」、「駭客任務」等電影中,用腦波操縱機器、甚至控制其他生化軀體的情節,不再是噱頭和幻想。

《念力——讓腦波直接操控機器的新科技•新世界》由名列「全球20位最頂尖科學家」的尼可列利斯,親自執筆。為我們介紹「腦機介面」的最新研究成果,和他的心路歷程。
這位巴西國寶級科學家,率領一支國際天才團隊,以及實驗鼠艾栩、實驗猴貝拉、奧蘿拉、伊朵雅,進行最尖端、充滿人道關懷的「念力」研究,已經成功讓猴子運用腦波,去打電玩、去操控數百公里外的機械臂,甚至遙控半個地球外的機器人在空中漫步!

這是殘障人士的福音,在不久的將來,無法聽、無法看、無法抓物、不能行走或說話的神經疾病患者,將可能運用念力,操作各式機電義肢,回復正常的生活與尊嚴。

社會大眾的日常生活,也將可能大幅改變:未來我們只要單用想的,就可以控制家中所有電器的開關,連上「腦際網路」,不必輸入文字,直接與網友進行意識上的交流。
甚至,頭腦不再受限於我們的身體疆界,每個人的記憶、心靈,不會隨肉身毀壞而消失……
 

猴子運用腦波,去打電玩、去操控數百公里外的機械臂,甚至遙控半個地球外的機器人在空中漫步!
伊朵雅與機器人CB-1橫跨地球的一大步。照片提供:尼可列利斯Miguel Nicolelis

 
 
 
 
過去二十五年來,我經常記起提摩艾利亞教授那牢不可破的信念:在人類心智無盡的努力所產生的副產品中,音樂與科學方法是最令人驚豔的代表。這或許也說明了,為何我決定要終生致力於聆聽另類音樂,聆聽那種由全體大腦細胞一起創作出來的交響樂。

嚴格說,我是系統神經生理學家。至少,我的神經科學同行會這樣界定我在杜克大學神經工程研究中心的實驗團隊的工作。這麼說吧,我們腦袋裡住著上千億個神經細胞,這些細胞伸展出來的神經纖維,形成了各式各樣的神經網路,而系統神經生理學家一輩子都在研究,到底是什麼樣的生理學原理,讓這些神經網路得以運轉。

這些精密的腦神經網路,足以令任何電子產品、電腦或是人造機械相形失色,因為腦神經網路的複雜度與連結性,比起任何電機產品,都超出了好幾個數量級。也因此,每一個腦細胞,也就是神經元(neuron),都能與成百上千個其他神經元,直接接觸與溝通。人腦就是透過這些連結繁密、高度動態的細胞網路(但是它們有一個相當乏味的名字,叫神經迴路),才有辦法執行主要任務:製造大量高度特化的行為,也就是我們常常自豪的通稱為「人性」的東西。

這些精細的神經網路,確實能藉由駕馭大量僅有千分之一伏特的放電,讓我們得以思考、創造、破壞、發現、包庇、溝通、征服、引誘、臣服、愛、恨、快樂、悲傷、團結、自私、自省、以及興奮等等,它們貫穿在我們每一個人、我們的祖先、乃至所有人類的存在過程中。若非miracle(奇蹟)這個字已經讓其他領域給盜用了去,我相信,這個字眼的專利權應該許給神經科學家,用來報告大腦的神經迴路執行例行工作時,有多麼奇妙。

對於大部分系統神經生理學家(譬如我)來說,最終極的問題在於:到底是什麼樣的生理機制,讓這些神經細胞電流的小爆衝,得以產生全套人類的動作與行為?然而,在尋找這只神經科學聖杯之際,過去兩百多年來的諸多神經科學研究,已經先捲入一場激辯:腦裡有哪些特化區域,負責特定的功能或行為?【MORE】

 

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奧蘿拉上場做實驗

到了2002年冬天,我們小組已經準備好要開始「馬內計畫」(Project MANE,全名是the mother of All Neurophysiological Experiments,所有神經生理學實驗之母)。

「馬內」這個名詞並非巧合,它讓我想起兒時的偶像加林查(Manoel Garrincha),他是1958年和1962年巴西足球國家代表隊的明星球員,接連贏得世界杯冠軍,也為這個全球最受歡迎的美妙運動,締造了難以超越的紀錄。由於天生骨骼畸形,加林查的膝蓋和小腿各朝不同方向彎曲,但是他學會利用這種罕見的身體構造,發展出過人的盤球技巧——臀部整個扭轉,以及身體做出假動作。他親身示範教導隊友如何在球賽中滿場飛舞,創造出一種精緻的足球芭蕾舞,讓足球成為腳的延伸。所有巴西人都知道,加林查的綽號就是馬內(Mane)。

馬內實驗從設計到執行,樣樣馬虎不得。有好幾個演算任務和工程組件(其中個個又都含有許多新流程與零件)必須毫無瑕疵、即時運作,我們蒐集的數據才能夠派上用場。而且,就像許多史無前例的事,這個實驗會跑出什麼結果,很難預測。此外,要是沒有魯道夫(Alan Rudolph)深具遠見的大力支持,我們永遠沒辦法募得馬內實驗所需的經費。魯道夫是成就卓著的科學家,當時是美國國防部高等研究計畫署的一名計畫主持人。

經過好幾個月忙著裝置大型硬體設施,製作新的電腦程式,修理各種電腦小毛病,以及哄勸奧蘿拉打電玩。沒想到,第一次測試的時間已經到了。

在我們準備開動實驗的當兒,我們的談話不時會被奧蘿拉的聲音打斷,催促我們動作快一點。說真的,也不能怪她沒耐心。歷經好幾個月密集訓練後,最近幾次原本很有希望的實驗,竟都胎死腹中。不同的是,那天晚上,咱們的電腦(散放在實驗室控制房的一張大實驗檯上)沒有當機,而是熱切將我們餵給它的大批數據,一一吞下【MORE】

 

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  尼可列利斯
(Miguel Nicolelis)


出生於巴西,創立美國杜克大學神經工程研究中心,創辦巴西納塔爾國際神經科學研究所。
現任杜克大學狄恩(Anne W. Deane)神經科學講座教授。
論文經常發表於《自然》和《科學》等國際一流學術期刊,已獲選為法國科學院院士、巴西科學院院士。

2004年《科學人》雜誌挑選為全球最頂尖的20名科學家,2010年獲頒美國國家衛生研究院先鋒獎,2011年受教宗本篤十六世冊封為天主教廷科學院院士。

目前的研究計畫之一,是要運用腦機介面,讓全身癱瘓的兒童,在2014年巴西的世界杯足球賽,擔任開幕戰的開球嘉賓。
  楊玉齡

輔仁大學生物系畢業。曾任《牛頓》雜誌副總編輯、《天下》雜誌資深文稿編輯。目前為自由撰稿人,專事科學書籍翻譯、寫作。著作《肝炎聖戰》(與羅時成合著)榮獲第一屆吳大猷科普創作首獎金籤獎、《台灣蛇毒傳奇》(與羅時成合著)榮獲行政院新聞局第二屆小太陽獎。譯作《生物圈的未來》榮獲第二屆吳大猷科普譯作首獎金籤獎、《大自然的獵人》榮獲第一屆吳大猷科普譯作推薦獎、《雁鵝與勞倫茲》榮獲中國大陸第四屆全國優秀科普作品獎三等獎。另著有《一代醫人杜聰明》;譯有《基因聖戰》、《大腦開竅手冊》、
《奇蹟》、《大腦決策手冊》等數十冊書(以上皆天下文化出版)。
  中文版編輯說明 

前言 跟著音樂走—— 聆聽腦細胞集體創作的交響樂

第1章 思考,是什麼?—— 顛覆你的傳統認知

第2章 腦內風暴的追逐者—— 兩大陣營持續交鋒

第3章 虛擬的身體實境—— 電擊腦袋、幻肢、靈魂出竅

第4章 聆聽大腦交響曲—— 擷取神經元集群的動態織錦

第5章 老鼠如何躲貓貓—— 老鼠觸鬚的妙用

第6章 解放奧蘿拉的腦—— 用念力指揮機械臂

第7章 自我控制—— 回顧初期的腦機介面

第8章 腦機介面的真實世界之旅—— 機器人的一小步,人類的一大步

第9章 化身飛機的人—— 工具是肉體的延伸

第10章 分享我們的心靈—— 邁向「腦對腦介面」

第11章 腦裡的怪獸—— 腦動力學初探

第12章 用相對論性腦來計算—— 掙脫局限,開啟無限的可能
第13章 回到星辰—— 「腦網」無遠弗屆,永垂不朽

誌謝
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