名人推薦：謝仁俊 陽明大學腦科學研究所教授 導讀

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陳豫弘 《探索頻道雜誌》總編輯

焦傳金 清華大學系統神經科學研究所所長

謝伯讓 杜克─新加坡國大神經科學系助理教授

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「本書讓人愛不釋手……加來道雄的思考遼闊遠大，他描繪出的遠景值得我們深思。...

哈金森（Cathy Hutchinson）被困在自己身體裡了。

十四年前，由於一次嚴重的中風使她動彈不得。她就像其他許多四肢癱瘓的患者，失去控制大部分肌肉與身體功能的能力。大部分時間，她只能無助的躺著，需要持續的照護，但是她的心智是清明的。她是被囚禁在自己身體的犯人。

但是在二○一二年五月，她的命運徹底改變了。美國布朗大學的科學家把一種稱為「腦門」（Braingate）的微晶片放到她腦部的頂端，這個晶片連接到一台電腦。她腦部的訊息會經由電腦傳送到一個機械手臂。她只要用想的，就能慢慢學習如何控制機械手臂的移動，所以她能做一些事情，例如抓一瓶飲料到嘴邊。這是她第一次能稍微控制周遭世界。

因為她癱瘓無法說話，只能用眼球的運動來表現她內心的激動。有一個儀器能追蹤她眼球的移動，並且翻譯成文字訊息。當被問到她這時的感覺時，這位被囚禁在稱為身體的殼中多年的女性回答：「狂喜！」她期待有她其他的肢體能經由電腦和腦部相連，她補充說道：「我會很高興有個機械腿。」她在中風之前，喜歡烹調和園藝。她說：「我知道有天能再次煮菜、種花。」依照電腦義肢學（cyber prosthetics）發展的速度，她的願望可能很快就能實現。

多諾格（John Donoghue）教授與布朗大學及猶他大學的同事，發明一種微小感測器，能當成無法與外界溝通者的聯絡橋樑。我訪問他時，他說：「我們作出一種感測器，只有給嬰兒的藥丸那麼小，大約四毫米，可以安置在腦部表面。晶片上有九十六個毛髮般細微的電極，能接收腦部的衝動訊息。晶片能接收你要移動手臂的訊息。我們把手臂當成研究目標，因為手臂很重要。」數十年來，運動皮質的圖譜已經仔細描繪出來了，因此能把晶片直接安放在控制特定肢體的神經元上面。

「腦門」晶片的核心功能是能把神經訊息翻譯成有意義的指令，以便移動現實世界的物體，起先是電腦螢幕上的游標。多諾格說，一開始他要求病人想像移動在電腦螢幕上的游標，例如把游標往右移動。電腦會花幾分鐘記錄執行這項作業時腦部的訊號。以這種方式，電腦可以辨認出這般的腦訊號，然後就可以把游標往右移動。

接下來就是實際測試了，當受試者想著要把游標往右移動時，電腦就會把游標往右移動。這樣就可以把病人所想像的動作和真實的動作繪製成一對一的圖譜。即使第一次嘗試，病人也可以馬上控制游標的方向。

腦門晶片能讓麻痺的人靠著心想就能移動人造肢體，為神經義肢學（neuroprosthetics）打開了新世界。此外，晶片也能讓病人直接和所愛之人溝通。這個晶片的第一個版本在二○○四年測試，是設計用來讓麻痺的病人能透過筆記型電腦溝通。不久之後，病人便能上網、收發電子郵件，控制自己的輪椅。

最近宇宙學家霍金（Stephen Hawking）有一個神經義肢儀器，連接到他的眼鏡。這個儀器類似腦電圖（EEG）感測器，能把他的思想連接到電腦，這樣他就能和外界保持接觸。這個儀器還相當原始，不過最後將會變得更精緻、更敏銳，通訊線路也能增加。

多諾格博士告訴我的種種事情，對於這些病人的生活將會有深遠的影響。「另一個有用的地方是你可以把這個電腦連接到任何電器，例如烤麵包機、煮咖啡機、空調系統、電燈開關、打字機。將來操作這些機器將會變得很簡單，而且成本並不高。對於無法行動的四肢麻痺者，他們將能轉換電視頻道、把燈打開，而且做這些事情的時候不需他人幫忙。」透過電腦，他們能做任何正常人都能做的事情。

修補脊髓損傷

其他團體也加入這場戰鬥。西北大學的科學家有另一項突破：他們繞過受損的脊髓，直接在猴子的腦和手臂之間建立連繫。一九九五年，在電影《超人》中擔綱男主角、能上天下海的李維（Christopher Reeve）從馬背上摔下來，脖子著地，脖子以下的脊髓因此受傷，使得身體癱瘓。如果他能活久一點，或許能親眼見到科學家用電腦取代受損的脊髓。（在美國有數十萬人遭受不同種形式的脊髓損傷。在早年，這些人在意外發生後不久可能死亡。後來重大創傷醫療技術的進步，近年來這類傷者的存活率增加。數千名士兵在伊拉克和阿富汗戰爭中因為路邊炸彈而受傷，他們傷殘的影像令人震撼。如果加上中風和肌萎縮性偏側硬化症而癱瘓的病人，人數將暴增到兩百萬人。）

西北大學的科學家把含有一百個電極的晶片放在猴子的腦裡，在猴子抓住一個球、拿起球、放到一個管子時，把腦中的訊號都記錄下來。由於每項動作都對應到神經元特殊的活動，科學家就能解析這些訊號。

當猴子要移動手臂時，這些訊號會經過解析再送到猴子手上的神經，而非機械手臂。米勒（Lee Miller）博士說：「我們仔細聆聽腦子傳給手臂、要手臂移動的自然電訊號，然後把這些訊號直接傳遞給肌肉。」

在嘗試錯誤下，猴子學會如何調整肌肉的動作。米勒補充說：「這個運動神經元的學習過程，很類似你在學習使用新電腦、滑鼠，或網球拍。」

（值得一提的是，就算是腦中的晶片只有一百個電極，猴子也能讓手臂精通許多動作。米勒博士指出，控制手臂牽涉數百萬個神經元。百個電極晶片能大致接近數百萬個神經元輸出的結果，因為晶片連接負責輸出的神經元，而腦部已經完成所有複雜的處理過程。以這樣的方式仔細分析，一百個電極就足以應付移動手臂需要的資訊。）

這是西北大學設計，繞過受損脊髓的數種儀器之一。另一種神經義肢利用肩膀的動作控制手臂。肩膀往上聳可以讓手握合，往下垂可以讓手張開。病人可以讓手指彎曲握住類似杯子的物體，或是用拇指和食指捏著並控制鑰匙。

米勒博士下了結論：「這種腦部與肌肉的連接方式，有天或許能幫助因為脊髓受損而癱瘓的病人從事日常生活所需的動作，使得生活更獨立。」

義肢革命

驅動這些驚人進展的資金，有許多來自美國國防高等研究計畫署稱之為「義肢革命」（Revolutionizing Prosthetics）的計畫，這個計畫始於二○○六年，提供一千五百萬美元資金。義肢革命背後的推手之一是退休的美國陸軍上校林（Geoffrey Ling），他是神經科學家，曾被派遣到伊拉克和阿富汗數次。在戰場上他親眼目睹路邊炸彈屠殺人們的慘況，受到震撼。以往的戰爭，勇敢的軍人可能戰死沙場，但是現在有直升機和延伸範圍廣闊的醫療後送設施，讓許多傷兵活下來，但是身體依然受到嚴重傷害。有一千三百多位軍人失去肢體，從中東送回美國。

林博士問自己，是否能以科學的方法製作四肢的替代物。在美國國防部的資助下，他要求屬下在五年內提出具體的解決方案。當他提出這項要求時受到懷疑。他回憶：「他們認為我們瘋了。但是這些事情會發生，本來就是瘋狂的事。」

在林博士無限熱情的激勵下，研究團隊在實驗室創造了奇蹟。例如，義肢革命資助約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的科學家，這些科學家打造出地球上最先進的機械手臂，幾乎能全方位作出手指、手腕和手臂的所有精細動作，而且大小、力量和靈敏程度，都和真的手一樣。雖然這個機器手臂是以金屬打造，但是如果覆蓋皮膚顏色的塑膠，幾乎無法和真實手臂區分出來。

這隻手臂被裝在薛曼（Jan Sherman）身上，她因為罹患遺傳疾病，使得腦和身體之間的連接受損，頸部以下完全癱瘓。她在匹茲堡大學接受手術，把晶片直接放在腦部上方，晶片連接到電腦，電腦再與機械手臂連接。以手術連接手臂後五個月，她上了電視節目《六十分鐘》，在全國觀眾面前高興的用新手臂揮手、歡迎主持人並和她握手，她甚至和主持人碰拳頭，顯示手臂有多麼精密。

林博士說：「我夢想我們能把這種技術應用到所有病人，中風、腦性麻痺，還有年長者。」

生活中的念力移動

除了科學家，企業家也關注腦機介面（BMI），他們希望把這些炫目的發明永遠納入他們的生意中。BMI已經滲入年輕人的市場，放在電視遊樂器和玩具中。這些商品中有EEG感測器，使用者可以用心智操作虛擬實境或是真實世界的物體。二○○九年，神念科技（NeuroSky）公司推出第一款玩具Mindflex，這是使用EEG感測器讓玩家移動球，通過迷宮。玩家戴著Mindflex的EEG感測器時，只要集中精神就能使迷宮中的風扇加速，推動球穿過通道。

以念力控制的電視遊戲也蓬勃發展，神念科技有一千七百位軟體研發人員，有許多人負責產值高達一億兩千九百萬美元的腦波耳機Mindwave Mobile。這些電視遊戲設備中有一個小型攜帶式EEG感測器，可以包在額頭上，讓你能以心智操縱在虛擬世界中的代理人物。你可以操縱螢幕中的人物，能開火、躲避敵人、提升等級、取得分數等在一般電視遊戲中進行的事，但是都不需要用到手。

市場研究公司銳腦（SharpBrains）的費南德茲（Alvaro Fernandez）說：「對於新玩家來說，這是一個全新的生態系統。神念科技在這個新產業中，已經站穩有如英特爾的地位。」

這個EEG頭盔除了可以讓你在虛擬世界中射擊，也能注意到你的注意力是否開始渙散。神腦科技已經接到許多公司詢問，這些公司的工作人員在操作危險機械時可能會專注力渙散，或是駕駛時打瞌睡而受傷。這種科技會在工人或是駕駛注意力不集中時發出警告，或許可以讓他們保住性命。EEG頭盔可以在配戴者打瞌睡時發出警報。（在日本，類似的耳機已經在跑趴者之間掀起流行。EEG感應器做成像是貓耳一般，可以戴在頭上。如果你的注意力集中，耳朵會豎起來，不專心時貓耳就會垂下。在派對中，只要用想的就可以表現出是否有好感，這樣你就知道有沒有引起某些人好感了。）

不過這項科技最神奇的應用，是美國杜克大學的尼可列利斯（Miguel Nicolelis）博士。我訪問他時，他說可以複製許多只能在科幻小說中見到的機器。

巧手與心智融合

尼可列利斯已經示範腦機介面的訊號可以跨洲傳遞。他把晶片放到猴子的腦中，然後讓這隻猴子在踏步機上走動，晶片連上網際網路。在地球另一端的日本京都，來自這隻猴子的訊息用來控制一個機器人的腳步。猴子在美國北卡羅來納州走動，控制日本的機器人，作出完全相同的動作。尼可列利斯只用腦部感測器和一些回饋用的零食，就能訓練猴子控制相隔半個地球的「CB-1」人形機器人。

他也著手解決腦機介面的主要問題之一：缺乏感覺。現今的義肢沒有觸覺，因此感覺不像是身體的一部分。由於這些義肢無法回饋感覺，有時握手時會意外壓緊對方的手指。要機器手臂撿起一個雞蛋，幾乎是不可能的事。

尼可列利斯希望能有一個直接的「腦對腦介面」（brain- to- brain interface, BMBI）解決這個問題。從腦部的訊息傳遞到具有感測器的機械手臂，然後感測器會將訊息直接傳遞給腦，完全不經過肢體殘餘的部位。腦對腦介面或許能讓清晰、直接的回饋觸覺機制成真。

尼可列利斯目前開始把恆河猴的運動皮質和機械手臂建立連繫。這些機械手臂有感測器，能把訊息傳回接觸著體感覺皮質（somatosensory cortex，負責觸覺）的電極上。每次試驗成功，猴子就會獲得報酬，牠們在四到九次學習之後就能學會使用這種設備。

為了取得觸覺，尼可列利斯必須發明新的編碼來代表不同的表面（例如光滑或粗糙）。他告訴我：「腦的這個部位經過一個月練習就學會新的編碼，把新的人工編碼和不同的質地連繫起來。這是第一次有人示範可以建立新的感覺路徑」，能用來模擬皮膚的感覺能力。

我對他說，這個想法聽起來有些類似《星艦迷航》的「全像甲板」（holodeck，也稱為：生物甲板），在全像甲板中，你可以漫遊虛擬世界，但是當你碰到虛擬的物品時，卻會有感覺，就如同該物品真的存在似的。這稱為「膚覺科技」（haptic technology），利用數位科技模擬觸覺。尼可列利斯回答：「是的，我想這是首次有人示範類似全像甲板的技術，後者可能在不久的未來成真。」

未來的全像甲板可能會用到兩種技術。首先，在全像甲板中的人可能要戴著連接網際網路的隱形眼鏡，這樣他們不論往那邊看，都會看到全新的虛擬世界，按個按鈕，就可以改變呈現在隱形眼鏡上的景色。如果你觸碰到某個物體，會有模擬觸覺訊號以腦對腦介面的技術傳遞到腦中。用這種方式，你經由隱形眼鏡看到的虛擬世界物體，會像是實體。

腦對腦介面不只能讓膚覺科技成真，「心智網路」（internet of the mind）或「腦際網路」（brain-net）也可以藉由直接的腦接觸而建立起來。在二○一三年，尼可列利斯完成像是從《星艦迷航》走出來、兩個腦之間的「心智融合」（mind meld）。他的實驗從兩群大鼠開始，其中一群在杜克大學，另一群在巴西的納托（Natal）。第一群大鼠學會看到紅燈亮起時壓下控制桿，第二群大鼠則學會在腦部受到訊號刺激（經由植入的儀器）時壓下控制桿。牠們學習的報酬是喝水。然後，尼可列利斯經由網際網路把兩群大鼠腦部的運動皮質連接起來。

當第一群大鼠看到紅燈亮起，就有訊號經由網際網路傳遞到巴西的第二群大鼠，牠們就會按下控制感。十次中有七次，第二群大鼠對從第一群大鼠傳來的訊息作出正確反應。這是第一個顯示兩個腦之間的訊息能傳遞，並且正確解讀的實驗。

這依然距離科幻作品中的心智融合（兩個心智真正融合在一起）有一大段距離，因為還相當原始，而且實驗樣本很少，但是這證明腦際網路是有可能實現。尼可列利斯認為，有一天全世界的心智都可能加入社會網路，不過並非透過鍵盤，而是直接透過心智。

連上腦際網路的人不只可以收發電子郵件，還可以精神感應的方式及時互通思想、情緒和概念。目前的電話只能傳遞對話和聲音的資訊，此外就沒有了。視訊交談好一些，因為你可以讀到對方的身體語言。但是腦際網路可能會是終極的溝通方式，使得一個對話中的所有心智資訊，包括情緒、細微之處和保留之處，都可以完全分享。心智之間將可以分享最私密的想法和感覺。

完全娛樂

腦際網路的發展也可能會對產值數百億美元的娛樂工業造成影響。回到一九二○年代，用膠卷記錄聲音與影像是完美的方式，這種組合使得無聲電影能「說話」，改變了娛樂工業。一個世紀以來，結合聲音和影像的方式並沒有大幅改變，但是在未來，娛樂工業可能發生大轉變，同時記錄五種感覺，包括嗅覺、味覺和觸覺，以及所有各式的情緒。精神感應的探測器或許可以處理腦中流動的所有感覺和情緒，讓觀眾完全沉浸在故事之中。看愛情電影或動作片時，我們將會有如在感官之海漫游，就如我們身置現場，感受演員的感覺與情緒如同潮水般湧來。我們會聞到女主角的香水味，感受恐怖片中受害者體驗的驚恐，獲得擊敗壞蛋時的快感。

這種完全讓人融入的技術將會徹底改變電影的製作方式。首先，演員必須先受訓練，在與腦電圖（EEG）奈米探測器與磁振造影（MRI）感測器連接的情況下，演出自己的角色，並且把感覺和情緒記錄下來（這可能會加重演員的負擔，他們在每一場戲中可能需要演出五種感覺。在無聲電影轉換成有聲電影時，有些演員無法適應這項轉變。新一代能演出五種感覺的演員可能會出現。）在剪輯的時候，不只要把膠片剪接起來，也要把每一幕儲存各種感覺的帶子組合起來。最後，這些電訊息會傳入坐在椅子上的觀眾腦中。這些觀眾已經不需要3D眼鏡，而是戴著某種腦感測器。電影院也得翻新，以便處理這些資訊，然後傳送給觀眾。

建立腦際網路

能傳遞這些訊息的腦際網路，必須分階段建立。第一步是要把奈米感測器植入腦中重要的部位，例如負責語言的左顳葉和負責視覺的視覺皮質，電腦會分析這些訊息並加以解碼，訊息就可能轉換成能以光纖線路傳遞的形式。

把這些訊息經由接收器處理之後，送到其他人的腦中，是比較困難的一步。到目前為止，這方面的進展集中在海馬回，但是未來或許可以把訊息送到腦中的聽覺、視覺和觸覺相應部位。所以許多科學家正在繪製腦中與感覺相關的皮質圖譜，已經有許多成果。一旦這些皮質（例如下一章我們會討論的海馬回）圖譜完成了，就可能把文字、思想、記憶和經驗植入其他人的腦中。

尼可列利斯寫道：「人類的後代集結相關的技巧、科技和倫理，打造出能實際運作的腦際網路，並非不可置信。數十億的人經由這種媒介，在彼此的同意下，能暫時建立直接的思想連繫。這種巨大的意識集合，不論是看起來、感覺起來或是做起來，都超過目前我和其他人所能想像或表達的。」

腦際網路與文明

腦際網路可能會改變文明的進程。每當出現新的通訊系統，就無可避免的加速社會改變，把人類提升到下一個新紀元。在史前時代，數萬年來我們的祖先以部落為單位群居游牧，那時使用肢體語言和簡單的咕嚕聲溝通。後來語言出現了，這是人類首次能彼此以符號交流，溝通複雜的想法，也促進城市的興起。數千年前，文字讓我們能跨世代累積知識與文化，使得科學、藝術和建築得以興起，帝國隨之出現。後來的電話、廣播和電視讓跨大陸溝通成真。現在的網際網路把陸上的人類都連接在一起，使得全球一體的文明有可能實現。下一個大進步可能是全球化的腦際網路，所有的感覺、情緒、記憶和思想，都能在地球上彼此交流。

「我們會是設備操作系統的一部分。」

我訪問尼可列利斯博士時，他告訴我，他小時候在祖國巴西就對科學產生興趣。他記得自己和世界上其他人一樣，緊盯著阿波羅號太空人登月的實況轉播。對他而言，那是了不起的成就。現在他告訴我，他自己的「登月計畫」是用心智移動物體。

早在高中時代他就已經對腦產生興趣，那時候他偶然讀到艾西莫夫（Isaac Asimov）在一九六四年出版的書《人類之腦》（The Human Brain），但是他對書的結尾相當失望，因為沒有討論腦中各結構是如此彼此互動而產生心智（因為當時沒有人知道答案）。這是改變他一生的時刻，他了解自己的命運就是要嘗試了解腦的祕密。

他告訴我，大約在十年前，他開始認真思考如何研究兒時的夢想。他一開始是讓小鼠控制機器。他解釋：「我們把感測器放入小鼠的身體，讀取腦部的電訊號，然後把這些訊號傳送到一個機器控制桿上，這個控制桿可以讓水流到小鼠口中。所以小鼠必須學習如何用心智控制機械，好讓自己有水喝。這是首次示範在動物與機器之間建立連繫，讓動物不用動身體就可以操作機器。」

現在他能分析猴子的腦，而且分析的神經元不是五十個，而是一千個，這麼多的神經元能控制猴子身體的不同部位，產生多種動作。一隻猴子能控制多種儀器，例如機械手臂，甚至是電腦空間中的虛擬影像。他告訴我：「我們這隻猴子在電腦中甚至有一隻替身，牠不用做任何動作，只用想的就可以控制替身。」猴子會看著螢幕中代表牠的替身，在心裡想著要控制身體的移動，然後就能讓電腦中的替身作出相對應的動作。

尼可列利斯預見不久之後，我們能用心智玩電視遊樂器，並且控制電腦和相關設備。他說：「我們會是設備操作系統的一部分。我們將會埋首其中，而使用的方法，和我所描述的實驗非常接近。」

……

遙控替身和智能替身

電影《獵殺代理人》裡的布魯斯威利，飾演調查神祕謀殺案的美國聯邦調查局探員。那時科學家打造出來的外骨骼非常完美，能力超越人類。這些機械非常強壯，完美無瑕。事實上，由於太好用了，因此人類完全依賴這些機械，身體則活在莢艙（pod），靠著心智以無線科技控制這些英俊漂亮的智能替身。你到每個地方，都會看到「人們」忙碌工作，不過他們都是打造精良的智能替身，而它們的操縱者已經上了年紀，只能在背後操縱。布魯斯威利發現這些謀殺案可能與首先發明智能替身的科學家有關，劇情急轉直下，這個結果讓他懷疑智能替身到底是賜福還是詛咒。

另一部賣座片《阿凡達》描述二一五四年地球礦物消耗殆盡，一家採礦公司遠赴南門二，稱為潘朵拉的衛星上開採稀有的「難得素」（unobtanium）。在那個遙遠的衛星上，有稱為納美人的原始居民，他們與豐茂的環境和諧共處。為了與這些原住民溝通，受過特殊訓練的工人躺在莢艙中，學習用心智控制經過基因改造的納美人，也就是阿凡達。雖然潘朵拉星球上的大氣有毒，而且環境和地球截然不同，但是阿凡達可以在這個外星世界毫無困難的生活。不過這個不穩定的關係很快就破裂了，因為採礦公司在納美人的聖樹下發現豐富的難得素礦藏。採礦公司想要摧毀聖樹，以便能直接開採稀有金屬，但那是納美人崇拜的對象。原住民看來就要輸了，但是一個受到特殊訓練的工人倒向納美人，並且帶領他們取得勝利。

（摘自第四章：用念力控制物質）

哈金森（Cathy Hutchinson）被困在自己身體裡了。

十四年前，由於一次嚴重的中風使她動彈不得。她就像其他許多四肢癱瘓的患者，失去控制大部分肌肉與身體功能的能力。大部分時間，她只能無助的躺著，需要持續的照護，但是她的心智是清明的。她是被囚禁在自己身體的犯人。

但是在二○一二年五月，她的命運徹底改變了。美國布朗大學的科學家把一種稱為「腦門」（Braingate）的微晶片放到她腦部的頂端，這個晶片連接到一台電腦。她腦部的訊息會經由電腦傳送到一個機械手臂。她只要用想的，就能慢慢學習如何控制機械手臂的移動，所以她能做一...

導讀
前言 我們需要開放、堅決和好奇的心

第一篇
第一章 解析心智
第二章 物理學家的意識觀點

第二篇
第三章 來點精神感應吧！
第四章 用念力控制物質
第五章 訂做記憶與思想
第六章 愛因斯坦之腦與增進智能

第三篇
第七章 在你的夢中
第八章 能夠控制他人心智嗎？
第九章 改變意識的狀態
第十章 人工心智與電腦意識
第十一章 腦部反向工程
第十二章 超越物質的未來心智
第十三章 純能量心智
第十四章 外星人的心智
第十五章 結語

謝辭
附錄 量子，有意識？
註釋

導讀
前言 我們需要開放、堅決和好奇的心

第一篇
第一章 解析心智
第二章 物理學家的意識觀點

第二篇
第三章 來點精神感應吧！
第四章 用念力控制物質
第五章 訂做記憶與思想
第六章 愛因斯坦之腦與增進智能

第三篇
第七章 在你的夢中
第八章 能夠控制他人心智嗎？
第九章 改變意識的狀態
第十章 人工心智與電腦意識
第十一章 腦部反向工程
第十二章 超越物質的未來心智
第十三章 純能量心智
第十四章 外星人的心智
第十五章 結語

謝辭
附錄 量子，有意識？
註釋