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来源：节选自《考试脑科学2：记忆、压力、动机的脑科学真相》，作者：池谷裕二，人民邮电出版社授权发布

当康纳尔大学的利普森（Lipson）博士将一个看似平平无奇的骰子状白色物体公布在《自然》杂志上时，全世界都为之震惊。

这个物体是一台电动机器人，但它不是普通的机器人，

而是一台能进行自我复制的机器人。那么，为什么全世界都为之震惊呢？因为这关系到生命的尊严。

生物与非生物的界限在哪儿呢？许多人回答说“在于是否能繁衍后代”。的确，不管是貉、水蚤，还是香菇，只要被称为生物，都能进行“自我复制”。不过，钻石和豪车却（很遗憾地）不能进行自我增殖。

然而，利普森博士竟然制造了一台能进行自我增殖的机器人。这台机器人由边长为 10 厘米的立方体如积木般组合而成，其各个组件都安装了数据收发传感器和电磁铁，可以自如地与其他组件反复组合或分离。

录像中显示，机器人摇晃着移动身体，独立拾起周围的组件，组装出拥有与自己相同系统的其他机器人，而且花费的时间不过几分钟，组装的动作也非常娴熟。新制造的子辈机器人还拥有制造孙辈机器人的能力。从原理上来看，这一机制可以实现无限增殖。

那么，这种机器人属于“生物”吗？利普森博士在论文的结尾中指出，“换言之，机器也有可能进行自我复制，这种特质并非是生物独有的”。这个问题相当棘手。

我们也可以通过简单的研究，来窥探自我复制与生物之间存在的微妙联系。比如骡子，骡子是马和驴杂交的产物，但因为没有生殖能力，所以生不出后代。每一只骡子的诞生都需要马和驴进行交配，即骡子不具备“自我增殖能力”。尽管如此，我们可以认为骡子不属于生物吗？再举个接近日常生活的例子，有一种说法是，日本现在有 20% 的新婚夫妻患有不孕不育症。如果说“不孕不育的夫妻不属于生物”，那么应该不止我一人感觉这话不太对劲吧。

脑科学中也存在类似的问题。由于我一直从事脑科学研究，所以会经常思考生物与非生物在大脑层面上的界限，即生命智能和人工智能到底存在什么样的区别。

比如，随着科学的不断进步，将来或许能解开人类之“心”（意识）的谜，甚至还能利用计算机模拟人的意识。为了开展与之相关的思考实验，在此先假设已经制造出具有意识的机器人。接着，你将这个精密的机器人介绍给了朋友，你的朋友也没有发现它是机器人，还跟它成为朋友。你的朋友在不明真相的情况下，度过了圆满的一生。那么，我们可以认为这个机器人具有真正的意识吗？大约在 70 年前，英国数学家图灵提出了所谓的“图灵测试”。这个问题与“图灵测试”的本质相通。

“生物与非生物”看似很简单，但一旦开始深入讨论，马上就会走进死胡同。尤其是机器人学，这门科学在生物与非生物的界限徘徊，会涉及很多深奥的课题。机器人学不仅停留在探索生命真理的层面，还涉及心理学、宗教和歧视问题。为什么会涉及歧视问题呢？其实答案非常明显。在这个例子中，打心底里瞧不上机器人的人正是“你”自己，“这个机器人，终究只不过是一台人形机器而已”。

一、进一步解说：“计算机与人脑”的界限

“机器人与人”或者“计算机与人脑”的界限是什么呢？随着对问题的不断深究，人们越发感觉一头雾水。石头不属于生物，人属于生物。两者的区别是由什么造成的呢？

常见的定义如前文所示，生物能繁衍后代，非生物则不能。不过这个定义并不准确，在前文中也已经做出解释。那么，到底什么才是生物？生物是由蛋白质等有机物构成的，这种观点又如何呢？既然如此，那么死人也属于生物。如果说生物会对外界反应和环境做出反应，那么自动门也属于生物，这显然是大错特错。人体内生存着大量的细菌，比如大肠杆菌等。人死以后，细菌还可以继续存活一段时间。除了细菌以外，在人刚死不久时，体内的每一个细胞都可以继续存活。那么，这些细胞属于生物吗？

从老鼠的脑中取出的神经元，虽然老鼠已经死了，但只要提供养分，它们在培养皿中至少可以存活一年以上。但是，培养皿中的神经元算得上是生物吗？

病毒因缺少一些“零部件”，不能独自进行自我增殖，所以不属于生物的范畴。不过，也有许多物质可以独自进行增殖。寄生虫不能独自繁衍后代，需要宿主才能进行增殖。然而，寄生虫属于生物。

到底什么才是生物？面对这一问题，我认为可以具体问题具体分析。

二、“模糊性”的产物

人脑也是相同的道理。前文中提到了数学家图灵，他曾经对计算机是否属于“人工智能”下过一个定义。

比如，当人与隔着墙壁的计算机进行对话时，如果分辨不出对话的对象是人类还是计算机，就可以认为这台计算机拥有智能。人们事先在计算机中输入庞大的对话列表，设定好“当被问到这个问题时就这样回答”。即便计算机在面对提问时只会照本宣科，但只要对方没有发现，就可以认为它拥有智能，这便是图灵的观点。假设某人通过显示器与计算机进行国际象棋比赛，如果这个人没有发现比赛对手是计算机，那么就可以认为这台计算机拥有智能。

我一直从事脑科学研究工作，经常被问到“人工智能”与“人类智能”的区别。但是，比起严格区分人工智能与人类智能，我个人反而对将生物与人工物融合在一起的“混合生物技术”满怀兴趣。

近几年，一种名为“神经假体”（neural prosthesis）的研究十分流行。简单地说，神经假体技术试图通过直接捕捉大脑的信号，来恢复缺失的身体功能或者增强未缺失的身体功能。

神经假体有一个典型案例，即让四肢瘫痪的患者获得用大脑控制机械手臂的能力。事故导致一名 25 岁的男性脊髓损伤进而全身瘫痪，之后，他的脑中被植入了 96 个小型电极。电极的植入部位在大脑皮质的初级运动皮质，该部位负责发送控制四肢活动的指令。被植入的电极可以实时记录该部位神经元中大约 25 个神经元的活动。

实验人员用计算机高速解析患者的初级运动皮质的神经活动，然后向连接在计算机上的机械手臂发送信号。经过数月训练，患者可以通过自己脑中发出的信号来操控机械手臂的动作。录像表明，虽说动作还不流畅，但身体瘫痪的患者可以通过自己的意识操控机械手臂的行动，这显然是巨大的进步。而且，通过将计算机的鼠标与患者脑部连接在一起，患者还可以完成许多基本动作，比如打开电视机的电源、玩简单的游戏和发送电子邮件等。

这种将大脑和计算机连接在一起的设备叫作“脑机接口”。就现有材质来看，电极的寿命很短，大概使用 10 个月后超过半数的电极会出现损坏，因此设备在续航方面还存在问题。尽管如此，神经假体在临床上确实能够发挥作用，而且可以说是探索未来治疗新模式的关键领域之一。

不仅是从医疗视角来看，还是从计算神经科学这一纯科学领域出发，神经假体都颇有意思。

比如，这项技术可以捕捉和解析大脑的信息，然后再将信号传送给轮椅等机器设备。不过，人们通过实验记录发现，大脑信息中包含的无用信息多得超乎想象。很多信息都很模糊，而且晦涩难懂。大脑表达信息的方式似乎与计算机的表达方式大相径庭。

比如，人看到眼前的杯子时，大脑中有一个神经元会产生反应，但这个神经元不会总是产生反应，而是有时会有反应，有时又没有反应。而且，除了这个神经元以外，大脑中还有其他神经元也会对杯子产生反应。同样，这些神经元也会有时有反应，有时又没有反应。神经元甚至还会出现自主性活动，比如即便没看到杯子，与杯子相关的神经元也会莫名其妙地突然开始活动，这便是所谓的神经元的“波动”。大脑中的每个神经元都很模糊，但又不知为何，每当看到杯子时我们都能理解“这是一个杯子”。这是一种不可思议的模糊性。

当人产生“想张开手指”这类带有模糊性的意识时，虽然不同的情况下人脑会产生不同反应但估且先利用电信号把神经元与之相关的各种反应都记录下来。如果总是能从某类反应中读取“想张开手指”的意识，那么在解读大脑信号时，就可以将这类反应视为“大脑现在想要张开手指”，进而让机械手臂张开手指。这就是“从模糊性中读出确定性”，也是做研究的乐趣之一。

三、当人脑与计算机相融合

需要记录多少神经细胞，才能抵消模糊性并找到确定性呢？假设人脑拥有 1000 亿个神经元，那么一般做不到记录所有神经元的反应。我正在研发的记录方法目前处于全球领先水平，运气好的话可以同时记录超过 1 万个神经元的反应，但是从整体来看，1 万个神经元不过是大脑全部神经元的0.00 001% 而已。真的可以从这么少的神经元中捕捉到大脑信息吗？研究的神经元这么少，真的足以了解大脑吗？这也是我们面临的问题。反过来说，如果目前的技术仅能记录 1000个神经元，那么在这种技术的限制下，我们能重现什么程度的复杂动作呢？这类挑战在科学上也颇为有趣。

另外，这一领域还有一个有趣的课题，即机器学习。

四肢瘫痪的患者在一开始即便有活动机械手臂的意识，但事实上连移动轮椅都相当费劲。不过，患者的大脑会不断学习。“只要脑中浮现指令，便能活动手指”，大脑会产生这种带有“可塑性”的意识。

另外，计算机也在学习。

如果单纯靠患者大脑的活动，其实很多情况下无法完成预期的动作，所以也需要计算机积极预测“大脑此时大概想这样活动手指”，并尝试操控机械手臂的动作。一旦发现“出错”，计算机就需要重新编写算法（处理流程），修正错误。这种学习采用的方法是，在计算机中搭建一个虚拟的神经网络，让其不断地记住信息，即所谓的“机器学习”。这种虚拟神经回路弥补了患者脑中缺失的信息。

换言之，计算机也在学习“出现这种反应代表想要做出这样的动作”。当然，患者也在学习如何让大脑产生相应的活动。因此，在神经假体中，“人脑”与“计算机的虚拟大脑”相互作用，最终以肉眼可见的形式呈现“想活动手指”的意识。人脑的变化与计算机的内部变化相融合，在某种意义上，这种高级功能如科幻小说一般让人兴奋，同时它作为单纯的科学研究也颇为有趣。

前文中讲述的神经假体采用在脑中植入电极，直接记录神经元活动的方法。不过这种方法存在电极续航和手术伤口细菌感染等问题，因此不能断言 100% 安全。在现阶段，利用脑电波的方法更为安全。脑电波是在人的头皮表面进行检测，因此测量时不会引起大脑损伤，而且只要事先决定“释放这种脑电波时要采取什么动作”，便可以准确表达意志。不过在利用脑电波的情况下，其特性决定了可利用的信息量极少，大概在每秒 10 字节左右，因此很难进行精细操作，指令也很难落实到细节。虽说如此，但目前已经可以完成控制轮椅移动、利用计算机打字等动作。

在电影《蜘蛛侠 2》中出现了以下情节：反派角色从自己的脊髓中抽取神经信息，并给具有超强破坏力的巨型机器人发送指令。这也属于神经假体的一种，这种情况是帮助人类获得了本来并不具备的能力，即类似兴奋剂的用法。这种情节设定让观看电影的观众觉得力量大增的敌人非常“卑鄙”，越发同情主人公。《阿凡达》和《未来战警》等电影中也出现了通过大脑操控机器人的情节。

瑜伽达人可以降低心率？！

增强人类的各种能力，是人类自古以来的追求。汽车就是一个例子。人要是步行几十千米会疲惫不堪，况且移动速度也不可能达到每小时 100 千米。人类使用汽车，也是为了弥补能力上的不足。不仅是汽车，我们使用的所有工具都有助于提高人的能力，具有与兴奋剂相似的特性。可以说，神经假体也属于这一范畴，不过唯一的区别是它是由大脑直接发出操作指令的。

如此看来，人类很早以前就寄希望于神经假体的想法也就很好理解了。这种方法不用通过四肢，而是由大脑直接发出指令，所以更加直接，可谓高效节能。随着研究的进步，也许人类在今后不需要手握操作杆，仅靠脑中的意念就能随心所欲地驾驶汽车或飞机。

在已经进入实用化的脑深部刺激器中，具有代表性的是用于治疗帕金森病的仪器。帕金森病是由中脑中的多巴胺分泌减少造成的疾病，患者在发病初期会出现四肢行动缓慢的症状，因此可以将电极植入其脑深部，以起到刺激神经的作用。同时，还需要将用于刺激的电池植入患者体内，电池会释放电流，电流流经脑中的电极，便可刺激脑部，激活多巴胺分泌。这种治疗虽然作用短暂，但可以大幅改善症状。从根源上治疗帕金森病的方法尚未发现。刺激脑部的这个方法虽然效果只能持续短暂的几年时间，但确实能改善帕金森病的症状，让之前无法外出的人变得可以自由走动。就这一点而言，脑深部刺激器也具有一定的意义。这可谓是机器与人之间的有意义的融合。

一项试图让人主动控制血压的实验正在进行。一般情况下，人的意识不能控制血压。即便被要求“让血压仅下降10 mmHg”，我们也无能为力。血压由一种称作“自主神经系统”的神经所控制。正如其名所示，自主神经是指独立于“我”之外的神经系统，不受自己的意志控制。

那么，为什么人类不能控制自主神经呢？大概是因为自主神经缺少“反馈”。缺少反馈是指自己也不清楚自己的血压现在是多少。我们没有能力控制自己未知的事物。

比如，先天性失明的人，他们的面部表情一般会比较匮乏。虽然也可以做出微笑或生气的表情，但不太擅长“微表情”。这就是因为缺乏反馈。我们在观察别人脸色或照镜子的时候，总能清晰地看到人类的表情，所以我们会通过自我反馈，即“当我做出这种表情时，我在别人眼中是这样子的”，在不知不觉中记住表情。随着年龄的增长和阅历的增加，人就是像这样不断学会微表情的。人们常说相由心生，这也并非没有道理。在学习的过程中，反馈显得十分关键。

“自己性格易怒，所以要多加注意”“自己爱睡懒觉，所以得早点起床”……如果意识到自己存在问题，就可以通过反馈进行自我改正。但是，血压不具备反馈系统，这该怎么办呢？答案非常简单，安装一个反馈仪器即可。市面上就有仪器可以测量血压。仪器的屏幕上只显示数值也许很难让人产生实感，所以可以将仪器设置成当血压下降时亮“绿灯”、当血压上升时亮“红灯”。测量时，让人一边看着仪器，一边在脑中默念“亮绿灯”。绝不是默念“血压降低”，而是一心只想让“绿灯”亮，结果绿灯真的亮了，这意味着这种方法可以让血压降低。或许我们可以期待这种方法能够应用于高血压患者的治疗，毕竟非药物治疗法不会引起副作用。这种治疗法称作“生物反馈”。

“自主神经功能紊乱”是指患者的自主神经在原本不需要活动的时候突然开始活动，并出现心悸、出汗等症状。自主神经功能紊乱也许也可以利用生物反馈进行某种程度的治疗。利用生物反馈，不受控制的自主神经变得不再“自主”，可以通过意志加以控制。

瑜伽达人可以控制身体机能，比如降低心率和呼吸频率等，这意味着他们在控制自主神经。瑜伽没有借用红灯 / 绿灯就可以控制自主神经，真的非常了不起。不过，如果借助科学的力量，任何人都可以轻松掌握这种能力，这就是所谓的生物反馈。总之，自主控制和利用大脑的想法在将来会逐渐成为一个重要的研究领域。

本书结合脑科学研究的前沿理论与作者自身的实验数据，以记忆、复习、压力、动机、睡眠等学习影响因素为话题，讲述了大脑无意识活动的相关规律， 并介绍了运用大脑规律提高记忆效率、增强学习动机，减轻压力的实用技巧。

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