追求“蝴蝶一样自由的思维”，甚至是所谓“永生”，是人类美好的梦想。站在神经科学和神经工程的角度，今天我们离这个目标还很遥远，根本的问题在于我们对大脑的工作机制，特别是信息编码的规律知之甚少。
想象一下，如果有一天你醒来发现全身动弹不得，只能眨眨眼，你会怎么办？
法国时尚杂志ELLE主编鲍比就经历了这种事情。他现在只能躺在病床上，四肢无法动弹，甚至一点声音都发不出，唯一能做的只是眨一眨左眼。语言治疗师亨瑞特对他尽心照料，鲍比想对她说声谢谢，他需要在亨瑞特一遍遍复述法语字母表的时候，眨五次眼睛，才能“拼写”出MERCI这个法语单词。鲍比因为突如其来的中风，全身肌肉瘫痪，进入了完全闭锁的状态(Locked-in Syndrome)，眨动左眼是他唯一和外界交流的方式，可是他的大脑和思维是完全鲜活而正常的，这种孤独与绝望可想而知。不可思议的是，鲍比竟然靠眨眼睛“写”出了一本回忆录《潜水钟与蝴蝶》，同名电影2008年获金球奖。在我主讲的《神经工程原理》课上，每当讲到“脑机接口”(Brain Computer Interface, BCI)的时候，一定会给学生们推荐这部感人至深的电影，因为我和所有从事神经工程研究的同行们都坚信，总有一天脑机接口技术会帮助鲍比这样的病人，让他们不再生活在密闭的“潜水钟”里，通过脑电或者神经活动自由地表达自己，让思想可以像“蝴蝶”一样自由地飞翔。
电影《潜水钟与蝴蝶》中的拼字板
其实像鲍比这样思维被封闭在瘫痪身体中的病人不在少数，著名物理学家霍金就是类似的症状，他患有肌萎缩性脊髓侧锁硬化症(ALS)，也就是2014年夏天流行的“冰桶挑战”提醒公众关注的“神经渐冻症”。中国有一位年轻的神经渐冻症病人王甲，他也用“眨眼睛”的方式写了本书《人生没有假如》。“神经渐冻症”的发病原因还没有研究清楚，目前也没有治疗和康复的办法。病人在发病初期出现肌肉无力萎缩的症状，随着病程发展，逐渐失去运动、说话和吞咽能力，甚至需要呼吸机帮助呼吸。高位截瘫、重症肌无力等疾病也会带来运动和沟通的困难，他们同样需要脑机接口的帮助。
用思维控制幻灯片播放
科学家最早尝试脑机接口研究，是在1963年的英国。Burden Neurological Institute的Grey Walter医生用当时非常前沿的脑电技术和他的病人开了个“玩笑”。这些癫痫病人因为确定脑内病灶的需要，做了手术，脑内放了电极，贴近大脑皮层，可以获取非常清晰的神经活动。因为电极比较大，记录阻抗低，虽然不能记录单个神经细胞的放电，但能记录到电极周围神经细胞共同活动的场电位(Field Potentials)。这些病人会带着电极在医院生活一两周。Walter医生突发奇想，在病人们欣赏风光幻灯片的时候，偷偷把脑电电极连接到了自己发明的“电位转换器”上，把病人大脑运动皮层的场电位信号，转换成了幻灯机换片的控制信号。于是“心想事成”的奇迹发生了：病人每次打算换片，但还没有按动按钮时，幻灯机就已经知道了他的想法，自动换片了！这是脑机接口技术的第一次完整实现：采集大脑神经信号，翻译转换后控制外部设备。
这个概念在当时非常超前，只有科幻电影中才会出现。这个“玩笑”背后是Walter医生通过对脑电活动的定量测量和深入探索，发现了与注意和期待有关的脑电活动。在此之前，所谓“脑电”仅仅指每秒10次左右的节律性起伏(Alpha波)，通过这种起伏可以推测人脑的警觉状态，不能反映精细的思维活动。Walter医生也是个非常优秀的工程师，他采用多次平均技术，去除噪声，得到脑电发明以来最“纯净”的脑内活动波形——事件诱发电位(Event Related Potential , ERP)，从此科学家通过事件诱发电位定量研究大脑对外界视觉听觉刺激的响应规律，以及大脑内部认知过程的展开，从此打开了一扇研究人脑的新窗口。
Albany山谷里的较量
2005年左右，脑机接口研究重新成为生物医学工程的研究热点。那年夏天在美国纽约州Albany的一个山谷里召开了一次脑机接口国际会议，参加人数超过百人。因为在会前的脑机接口数据分析竞赛中，清华大学的小组获得了非常突出的成绩，我随同高上凯、高小榕两位教授一起参加了这次会议。这次会议集中了世界上最早一批进入脑机接口领域的研究者，他们对发现新的脑电诱发方法，开发脑电信号处理方法等等都有独到的创新。
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