利維坦按：讀腦術(shù)（神經(jīng)解碼）其實已經(jīng)并不新鮮了，這篇文章是作者寫于五年前的一個體驗類報道。

任何一個視覺場景都會在我們的腦中引起廣泛活動，對外部世界不同物體進行編碼的神經(jīng)元集群彼此競爭，也就是說每個集群要竭力壓制對場景中別的物體進行編碼的神經(jīng)元群體的活動，在腦的高級部位尤其如此。注意到某件事或者物體，會使得這種競爭向有利于該件事或物體的方向發(fā)展。

一個比較生動的例子就是，你回憶某個熟人的名字，這個名字就在你嘴邊，但怎么也記不起來，你想到的反而是一些不相關的人的名字，這之后，突然那個名字跳到了你的腦海里。有人猜想過，這可能正是因為那些與不相干名字有關聯(lián)的腦活動抑制了那些負責正確名字的神經(jīng)元。

呃，好像話題已經(jīng)扯遠了……因為我最近在看“雙眼競爭”方面的書，有些感觸隨便說說。

文/Lisa Katayama

譯/newkiwi

如果一些睿智非凡的神經(jīng)科學家是正確的話，在能夠進行足夠多次的數(shù)據(jù)運算以及擁有一個超強的大腦掃描儀的情況下，科學將能夠直接從你的大腦里獲知你看到的事物——甚至有一天可能讀取你的思想。

四月一個溫暖的周一，夜幕降臨的晚上，在美國加州大學伯克利分校亨利·小惠勒腦成像中心，我正臉朝上躺在一個重達13噸的管狀物（磁共振掃描儀，譯者注）里。掃描室里的燈光很昏暗，我獨自躺在儀器里面。一個白色的塑料框罩在我的臉上方，藍色的電腦屏幕映入眼簾。我之所以來到這里，是因為一位名為杰克·格蘭特的神經(jīng)科學家將要讀取我的大腦。他已經(jīng)嚴格告示我（在掃描儀里）不要動；哪怕輕微的抖動也會影響掃描數(shù)據(jù)的準確性?？墒钱斘易⒁曋胺降钠聊粫r，突然覺得大腿有點癢?！安灰獡纤?，”我心中告誡這樣自己。我試著不去想這些，因為機器運行的哼鳴聲已經(jīng)越來越快了，功能磁共振（fMRI）機器已經(jīng)啟動了——這個掃描儀將檢測我大腦里的血流變化。

格蘭特跟我說，我大腦中隨意的想法不會影響掃描的結(jié)果。因為今天他只關注我看到了什么，以及我看到的事物是如何記錄在大腦視覺皮層的（視覺皮層處在大腦的后部，負責加工我的眼睛所看到的事物）。所以我哪怕正想著晚餐吃些什么也沒有關系，即便我正擔心牛津路上的車位罰單也不影響。他說，唯一重要的是盡可能地保持不動，不久后他就可以在自己還沒看到圖片的情況下，重建出我看到過的圖片。

在過去10年，格蘭特一直在伯克利分校掌管著一個致力于大腦成像和視覺研究的神經(jīng)科學和心理學實驗室。在使用磁共振掃描和算法以及大腦激活模式分析法來研究讀心的領域里，格蘭特是世界最頂尖的少數(shù)幾個開啟這扇大門的神經(jīng)科學家之一。在給我看一組隨機排列的圖片以及評估功能磁共振從我的初級視覺皮層讀取的信息時，格蘭特跟我說他的技術(shù)能夠重建出我大腦里儲存的圖片。他目前采用的方法需要幾個小時的分析時間，但他的目標是升級他的技術(shù)已達到能夠?qū)崟r推算并報告人們看到了什么。

如果他能做到的話，那將影響到我們處理任何事的方式。讀心機將可以幫助醫(yī)生理解幻想癥患者、認知障礙患者、創(chuàng)傷后應激障礙患者和其他病人的心聲。法官將可以運用讀心機潛入犯罪嫌疑犯的大腦里去看一看，看看他們有沒有編造事實以及他們到底看到了什么。這樣的機器也可以確定那些以精神病作為自保理由的人是否在說謊，或者那些宣稱正當防衛(wèi)的人是否真正出于自衛(wèi)的目的。但是另一方面，這項技術(shù)也將同樣引發(fā)嚴重的倫理問題，評論家擔心有一天這項技術(shù)使得我們的隱私便于被偷窺者和黑客所竊取。

當我一動不動地躺在大腦掃描儀里的時候，我就在琢磨這些；當格蘭特和實驗室的兩名研究人員在我的眼前快速放映幾十張圖片（幾秒鐘一張）的時候，我就注視著前面的屏幕。我看到過牧場上的綿羊、一個巖石層、一個池塘和一個像愛因斯坦的人的側(cè)面像。實際上我并沒有必要去看這些圖片，我唯一的任務只需要注視著屏幕中央的白點（注視點）。格蘭特說，“看見”（這種體驗）并不全然發(fā)生在意識范疇里。大腦視覺皮層像相機一樣工作，自動地（無意識地）從視網(wǎng)膜上提取信息，并把物體的表象記錄在大腦里。

十分鐘仿佛十年，但是最終功能磁共振以另一種蜂鳴聲宣告實驗的結(jié)束。研究人員將我從僵直的狀態(tài)中解放出來，護送我來到控制室，在那里一個巨大的監(jiān)控器上顯示著30幅從不同角度掃描的我的大腦掃描圖。我在圖上看到幾排灰色圈里有一束一束的白色曲線和明亮的灰色V字形?！澳鞘鞘裁?？我的大腦嗎？”我問，努力保持頭部不動使我的頭有點累。我大腦里的一舉一動都可以概括成一束束的幾何圖形，這一點讓我有點吃驚。格蘭特告訴我，大腦的活動基本上就是一束束的神經(jīng)元的激活——根據(jù)新近的研究結(jié)果，僅僅在大腦初級視覺皮層估計就有三億個神經(jīng)元。

為了便于理解這些形狀，大腦掃描儀將掃描圖像劃分成一個個類似立方體的三維結(jié)構(gòu)里，這些單元格叫做體積像素，或者體素。對于我而言，每一個體素都像是黑白灰三色的隨機混合。但是對格蘭特那能夠從這些形狀里獲取更精確信息的計算機模型而言，體素就是0或1的簡單矩陣。通過運算這些矩陣，計算機模型能夠非常準確地將這些形狀還原出是像愛因斯坦的人還是牧場上的綿羊。格蘭特和他的研究團隊沒有時間為我的大腦生成足夠的圖像來進行運算工作，但是他們給我展示了一些令人信服的來自志愿者的研究結(jié)果?！斑@不是很完美”，格蘭特的一個博士后西本真治說，“但也很不錯了”。

當我離開實驗室的時候，有一個想法一直縈繞在我的腦際，我好好想過之后就明白，他們的技術(shù)不會在這個層次上停留太久。格蘭特的“神經(jīng)解碼”——他用來替代“讀心”的一個術(shù)語——發(fā)展地越來越快、越來越成熟。實際上，去年10月份，他的實驗室已經(jīng)通過分析人們觀看視頻片段時的大腦激活模式重建了參加者觀看的完整的視頻片段。在一個示例里，一只大象在沙漠上行走的重建視頻，顯示著一個稍有瑕疵的小飛象形狀的物體在屏幕上緩慢地移動。其中詳細的細節(jié)丟失了，但是這仍然使人印象深刻，因為這是從某個人的大腦里提取的。運用類似的技術(shù)，其他研究者正在揭開記憶和夢境的神秘面紗。

拋開其中超自然現(xiàn)象的重重陰霾，讀心只是我們能否擁有一個好的工具的問題?！爸灰覀儞碛泻玫膬x器來檢測大腦活動，并且建立了合適的大腦計算模型”，格蘭特在他2008年發(fā)表在英國《自然》雜志上的一篇論文的附屬材料里寫道，“原則上我們將可能解碼諸如夢境、記憶和表象等心理加工過程的視覺內(nèi)容”。

對于你看到的每張圖片，你的大腦會產(chǎn)生一種獨特的活動模式。通過分析上千張功能磁共振掃描圖，軟件就能夠?qū)⒛愦竽X的模式和特定的物體進行匹配。

你的大腦里有什么？

僅僅通過分析你的大腦活動，科學家就能非常準確地預測你剛剛看到過的事物。這種技術(shù)就是神經(jīng)解碼。為了做到這一點，科學家首先必須在你注視上千張圖片的時候，掃描你的大腦。然后計算機分析你的大腦對于每一張圖片是如何反應的，最后將大腦活動與形狀和顏色等各種細節(jié)進行匹配。隨著計算的進行，計算機能夠建立一種主解碼密匙；這種密匙稍后能夠在沒有預先分析觀看某張圖片產(chǎn)生的掃描圖像的情況下，識別和重建幾乎所有你看到的物體。

頭部先進入：類似這臺機器的功能磁共振儀器幫助科學家解碼人類大腦的活動。

磁共振的魔法

格蘭特是一個留著馬蹄胡須的瘦小但結(jié)實的男人，他身上有一種威利·卡旺（威利·卡旺是羅爾德·達爾寫于1964年的小說《查理和巧克力工廠》里的人物）式的氣質(zhì)。他說話時喜歡友好地使用一些生動的比喻?！按竽X就像感恩節(jié)的火雞”，去年夏天我造訪他在伯克利分校簡陋的工作室時，他這么跟我說。他在黑板上迅速地畫著，試圖用簡單的術(shù)語向我解釋視覺皮層的內(nèi)在工作機制?！盎痣u的外層是皮膚，就像大腦的皮層。火雞所有的內(nèi)臟就相當于大腦的皮層下核?！彼弥酃P在他那“火雞”示意圖上指向一個巨大的氣球樣空腔的后部?！斑@就是初級視覺皮層，我們視覺系統(tǒng)的核心。”

我們的大腦通過一個復雜的裝配線來建構(gòu)我們周遭的世界。初級視覺皮層，或者簡稱V1，通過復雜的方式與V2、V3等其他區(qū)域相連接。（“沒人確切知道那里到底有多少這樣的區(qū)域”，格蘭特邊說邊拿手指指著自己的頭。）每個區(qū)域負責一個特定的與視覺相關的功能，比如分辨顏色，識別形狀，探測深度，或者感知運動。例如，當我看著一條狗時，我不僅僅只是看到一條四條腿的動物的外形；我還會意識到我小時候曾經(jīng)有過一個這樣的棕白色的狗，在我生活過的后院里也這樣地活蹦亂跳；甚至可能會勾起我跟它一起玩鬧的記憶?！翱匆姟保ㄟ@個狀態(tài)）所包含的所有這些方面，都將會在視覺皮層以不同模式得以表征。

格蘭特的研究關注的V1區(qū)域的核心功能——記錄視覺刺激——在20世紀早期被發(fā)現(xiàn)；當時發(fā)現(xiàn)腦袋后部（大概就是他們的視覺皮層）有槍傷的士兵，盡管視力正常，但卻出現(xiàn)了部分的失明。來自嚙齒動物的實驗證實我們所看到的事物的方位和形狀在V1區(qū)域被重建。假如我看著一棵樹，眼睛的后部將把一個正立的樹的表象記錄在V1區(qū)域。但是直到1990年代，神經(jīng)科學家通過一種叫多體素模式識別的方法，才得以對人類中的非侵入性表征進行精確定位。這種技術(shù)運用功能磁共振將視覺皮層投射到微小的結(jié)構(gòu)——體素——上；而體素又與腦部血流的模式相一致。比如，這個區(qū)域一個負責表征形狀的模式，可能會告訴我們某個人正在看一只狗；而該區(qū)域另外一個負責表征顏色的模式將顯示這條狗是褐色的。

格蘭特的項目將這一技術(shù)提升到了一個新的水平，他使用計算模型來識別圖片的同時重建了它們。在對我進行功能磁共振掃描的晚上，我見到了格蘭特實驗室里的五個成員。他們在過去三年內(nèi)與概率理論作斗爭，爭取提出最優(yōu)的算法來推動這個計算模型的發(fā)展。當我問他們到底如何設計出這些算法編碼時，托馬斯·納斯拉瑞斯，一個高個子卷發(fā)的博士后在黑板上寫下了一個很長的叫做貝葉斯理論的方程。這是概率理論的基本法則，可以計算對于全新的信息而言，其概率變化如何。他說，這是他們的技術(shù)的核心。

為了計算某個人的大腦表征特定圖片的模式的概率，研究者首先必須使用相當數(shù)量的抽樣數(shù)量來啟動這個特殊的方程，他們需要使用被試的功能磁共振掃描數(shù)據(jù)中的1750個來訓練這個模型?！皩τ诿總€人可能看到的任何一張圖片，貝葉斯理論會告知我們每張圖片被正確預測的概率，”納斯拉瑞斯說。這有點像試圖預測隱藏在防水布下面的汽車的品牌：為了提出準確的猜測結(jié)果，你首先必須分析所有可以獲得的線索——防水布的外形、大小、甚至是車主的類型、可能還有引擎的聲音。獲取的信息越多，你就猜得越準。同樣的道理，投入方程里運算的數(shù)據(jù)越多，你的預測準確性就越高。

跳舞的熊

從某人的大腦里提取他所看到的圖片的能力是一項讓人印象深刻的技藝，但是一個更大的挑戰(zhàn)是計算出這個人看到這張圖片時的確切想法。格蘭特沒法知道，比如，當我躺在掃描儀里到底想了些什么。這是因為思想，不像圖片一樣被規(guī)則地記錄在大腦后部。

那么思想到底記錄在大腦的什么位置呢？湯姆·米切爾，一位美國卡內(nèi)基梅隆大學的計算機科學家，同他的同事馬塞爾·賈斯特一起，使用功能磁共振和多體素模式識別的方法回答了這個問題。他們已經(jīng)成功地將大腦的反應投射到圖片、詞匯和情緒上，米切爾相信他的實驗室在未來十年內(nèi)也可以解碼思想，而不僅僅只是圖片。

為了精確定位思想在大腦中表征的位置，在最近的一項研究中，他讓志愿者進入功能磁共振儀器，同時給他們呈現(xiàn)兩個物體——比如，一個錘子和一套房子，并且運用軟件來分析大腦多個區(qū)域觸發(fā)的體素模式，最終確定被試在想哪個物體。像格蘭特一樣，米切爾能夠達到90%的準確率。“當你想著錘子時，你想到了錘子的所有屬性。你可能會想著揮動錘子，這就會激活運動皮層的神經(jīng)元，”他說?！澳阋部赡軙胨袷裁?，這會激活視覺皮層?！彼膱F隊同時將杏仁核和前扣帶回——這兩個區(qū)域與諸如憤怒和愛等情緒相關——的功能磁共振數(shù)據(jù)集中起來，來識別當人們聽到“愛”、“公平”和“焦慮”等詞匯時的大腦模式。

神谷之康，日本高級電信國際研究所的一名計算神經(jīng)科學家，相信他能夠?qū)⒃摷夹g(shù)再推進一步，進而可以解夢。今年夏天，他計劃通過功能磁共振解讀熟睡中的人的大腦信號，像格蘭特一樣，再重建夢境。

同時，格蘭特和他的博士后西本真治正在嘗試重建大腦中儲存的電影影像。在我完成我的功能磁共振掃描后，格蘭特在他的電腦上向我展示了一個視頻片段，視頻像幻覺一樣描繪了漂浮在雪山前的一只熊。每隔幾秒，一只新的熊被放大到視頻前面，然后又像拋向空中的水皮球一樣漂走了。偶爾一個彩色的立方體飛過熊。僅僅只是看著它就讓我眼暈?！斑@是一個運動增強的影片，”格蘭特興奮地說，“它會讓你的視覺系統(tǒng)絕對的瘋狂，所以你的視覺系統(tǒng)充滿了血流和信號?！?/p>

西本真治，實驗室里典型的“運動控”，可以從大腦掃描數(shù)據(jù)里重建出這些熊的顏色、位置和運動，并生成原始視頻片段的復制版本。在一個類似的實驗里，他讓一名志愿者躺在功能磁共振儀器里觀看一個電影預告片兩個小時。然后計算機將被試的大腦模式與影片里的顏色和移動形狀進行匹配。為了逐步建立計算模型的參考數(shù)據(jù)庫來啟動貝葉斯方程，研究者用上千個小時的YouTube視頻來訓練這個模型，并且使用它來預測人們觀看這些視頻時大腦將如何反應。然后，當被試觀看一段全新的視頻片段時，計算機就能夠?qū)⑿碌拇竽X模式與數(shù)據(jù)庫中的匯總的圖像片段進行匹配，進而重建原始視頻片段。重建的視頻，像重建形狀和顏色一樣，刻畫了運動的綜合流程，雖然它丟失了詳細的細節(jié)，比如臉部特征。研究者稱，只要有更多的數(shù)據(jù)參入計算模型的計算，重建視頻的分辨率將會提高?！爱斘腋嬖V任何人我能夠做到這點時，”格蘭特說，“他們都說絕不可能?！?/p>

回想起我在進行功能磁共振掃描時看到的老鼠家族的巢穴圖片——我所看到的只是簡單的黑白圖片——而想到我們的心理加工過程在這種方式下能夠被簡化成一個個二進制的值，稍微有點不可思議。但話說回來，這就是控制著我們?nèi)魏嗡娝劇⑺妓氲囊粋€神秘黑盒子里的神經(jīng)元的真實圖景?！八械亩际菙?shù)字，”格蘭特說，“而訣竅就是做好記錄?！?/p>

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目前當當、京東和亞馬遜均已上架

“利維坦”（微信號liweitan2014），也就是我本人吳淼（寫詩的時候叫“二十月”）的訂閱號，純粹個人興趣——神經(jīng)基礎研究、腦科學、詩歌、小說、哲學……亂七八糟的什么都有。反清新，反心靈雞湯，反一般二逼文藝，反基礎，反本質(zhì)，不以商業(yè)化為目的，也不追求所謂用戶數(shù)量，喜歡就來看看，沒準兒能給你些啟示，不喜歡就麻煩你手一哆嗦取消對我的關注。