風靡好萊塢改編自日本科幻動畫《攻殼機動隊》（Ghost in the Shell）的真人電影中，把肉體換成機械，只留下了一顆大腦「發號施令」，不但行動如常，感官刺激還比肉體更強大，又能遠端控制無數的「機械分身」。

現實裏，一般人能夠自由地活動自己的身體，但對於身體患有障礙的人來說，則難如登天，其間的差別困擾著數千年以來的哲學家、醫學家、科學家們。今天的科學技術確實和上世紀有如雲泥之別，但離科幻世界又還有多遠？

將不可能化為可能
無論是《阿凡達》還是《攻殼機動隊》，無論是遠程操縱「分身」還是零距離操縱機械身體，這都牽涉到一個基本的理論範疇：腦機介面（Brain-Computer Interface, BCI）。腦機介面，指的是大腦與機械等外部設備間，建立一個能互相溝通的介面；也就是說，機器透過分析解讀人類的大腦，將其訊號進一步轉化為相應的動作與指令，甚至提供反饋，這就是用「意念」操控外物的科學原理。

人類在進行生理活動時，大腦會向外發送電流訊號。在肉體中，這樣的電流訊號會透過神經傳導，或有意、或無意識地指揮各個器官進行動作。如果將儀器放置到頭上接近大腦皮層處，就能測量到大腦的電位活動，還能在螢幕上顯示出波浪一樣的圖形，這就是「腦波」。而腦波活動具有一定的規律性特徵，並與大腦的意識有著明顯的對應關係：人在興奮、緊張、昏迷等不同的狀態之下，腦波頻率會有明顯差異；正因為腦波能夠被偵測甚至被解讀的特性，對於腦波的開發利用才成為了可能。

早在1960年代，就有科學家開始嘗試腦機介面的研究。當時，英國醫生沃特（Grey Walter）為確認癲癇患者的腦內病灶，在其頭上接近大腦皮層處貼上電極，以便清晰獲取患者的神經活動。一次實驗中，沃特突發奇想，在患者觀看投影片之際，將其頭上電極連接到自己發明的「電位轉換器」，他發現，每當患者打算置換投影片、但還未啟動按鈕時，投影機就像已經知道他們的想法般地自動切換。這就是腦機介面技術的第一次完整呈現，採取的還是非侵入式手段，就能使大腦神經訊號傳遞到外部電子設備。

1971年，美國加州大學洛杉磯分校的維達爾（Jacques Vidal）教授，也提出了大腦與電腦溝通的概念研究，並認為「心智的決定」可藉由收集腦波訊號而被探測，且腦波應是由許多小波組合而成。隨著科學技術及儀器的演進，到了1990年代中期，全球科學家對於腦機介面的研究迅速增加，且成為腦科學研究的重要一環。

腦機介面最新應用
目前最接近於實用化的腦機介面人體應用案例，是在2004 年，13位癱瘓患者被植入一項名為「Brain Gate」的系統，是由一組小型電極所組成的陣列，稱作猶他電極陣列（Utah array），最初是由美國布朗大學（Brown University）開發。該裝置植入大腦的運動皮質（motor cortex /掌管身體運動），裝置上的電極能在患者產生「移動手」的念頭時偵測到放電的神經元，這些訊號再透過解碼器，轉譯為電腦訊號並輸出行動，如移動螢幕上的指標或控制四肢。這項系統曾成功協助一位因中風而癱瘓的女士，使用機械手臂來完成喝咖啡的動作；也曾幫助癱瘓患者以每分鐘8個字的速度完成打字，還曾被成功應用在失去功能的四肢……

2014年，約翰霍普金斯大學應用物理實驗室運用類似研究技術，讓一名自兩邊肩膀處截肢長達40年之久的殘疾人士成功地以意念移動雙手義肢；2017年，美國凱斯西儲大學（Case Western Reserve University）的基爾希（Robert Kirsch）教授也在期刊《刺胳針》（The Lancet）發表一篇關於Brain Gate的研究，成功將裝置運用在一位因自行車事故癱瘓的患者雙手上，讓他在8年後首次憑藉自己的力量進食。

這種技術也能被用來治療其他動作失調疾病、精神疾病，甚至是五感的缺失。加州柏克萊大學的研究團隊分析人在聆聽對話時的大腦顳葉（temporal lobe）活動，歸納出聽到的內容和腦波的對應模式，這將有助於開發語言處理裝置，以協助失語症這類無法瞭解及表達語言的患者。另一廂，由德國圖賓根大學（University of Tubingen）研究員喬杜里（Ujwal Chaudhary）所主持的近期研究，也利用一種功能性近紅外線光譜（fNIRS）科技，透過偵測腦部紅血球的血氧濃度變化，協助與4名末期漸凍症患者溝通。

科幻電影已然成真
腦機介面的運用範圍很廣泛，早在1974年，美國國防部先進研究計劃署（Defense Advanced Research Project Agency, DARPA）瞭解到腦機介面的用途，便開始投資相關研究計劃，在美國杜克大學（Duke University）神經工程中心等全美6個實驗室中展開了「思維控制機器人」的相關研究。

事實上，美國軍方對遠端機器人操控技術一直深感興趣，如無人攻擊機、掃雷和拆彈機器人等；《阿凡達》中出現的腦機介面技術自然也不例外，希望能夠從中描繪出未來維護世界和平工具的圖像。

2008年，美國北卡羅來納州的科學家讓一隻獼猴將腦中的電波訊號連同影片透過網路一起發給日本的實驗室，美國獼猴最後成功地「意念控制」日本實驗室裏的機器人做出和牠相同的動作。未來，美國士兵也許就能從安全的大後方，用意念即時遙控千里之外的戰場上的鋼鐵士兵，見其所見、聽其所聽，進而奮戰殺敵，這也可以說是無人機的最終型態。

其他各國自然不會讓美國的腦科學專美於前。自2013年起，除美國聯邦政府外、歐盟、日本等國也都陸續投入大筆經費，推動國家腦科學研究計劃，並將腦機介面列入其中。2016 年，中國大陸也將「腦科學與類腦研究」列為「科技創新重大項目」，稱為「中國腦計劃」。

即便如此，腦機介面在臨床上仍面臨許多挑戰。例如目前腦機介面的科技仍需要專家操作，Brain Gate的主要研發者之一，布朗大學的神經生物工程學家霍赫貝格（Leigh Hochberg）便說，每次線路穿過頭顱時都有感染的風險，植入物在腦內也不可避免地會移動，每一次移動時都可能傷害到腦細胞；大腦也可能啟動對於外來物體的免疫反應和結痂反應，使得結痂組織包覆植入物，導致失效。

破解人類大腦奧祕
「人類對太空的理解，還多過於對自己大腦的理解。」這句話正是用來描寫人類大腦的複雜程度以及研究解讀的困難性。人腦的數量級，完全是宇宙規模的，2013年8月，科學家利用世界排名第4的超級電腦來模擬短短1秒鐘的人腦運作，也需要進行超過40分鐘的計算才能辦到，可見人腦的運作效率是多麽不可思議。

但是，在科技持續發展之下，腦科學也在不斷的突破。人類如同科幻電影般不受肉體束縛、僅憑意識行事的未來，總有一天將會實現。不過，由於腦機介面的應用領域如此廣泛，從個人福祉到國家機器都有用途，後續可能引發的道德爭議以及個人與國家的利益衝突，都須審慎以對。

本文來源：《多維TW》月刊033期