脑机接口技术在近两年方兴未艾，促使人类更加清晰地想要去探知脑科学这最后一块人类身体的未知领域，这项技术即将改变人类存在的底层逻辑：新的自我认知、新的人际关系，新的学习和演化方式。其重要性不亚于计算机和互联网，却尚未被充分认识。我们即将迎来生活方式的又一次巨变。本书结合笔者多年创业的实战经历，介绍目前脑机接口的发展情况，包括侵入式脑机接口跟非侵入式脑机接口，未来脑机接口的发展方向以及制约其发展的因素，书中对可能的技术攻关手段进行了介绍，包括脑机接口相关的材料科学、神经科学、人工智能算法、可穿戴设备、芯片等方面的发展情况，以及未来脑机接口的科技畅想。

序言：脑机接口终于来了 在我们身处的这个21世纪20年代，我们将有可能见证一些一百年来最伟大的日常生活科技进步。 自来水、抽水马桶、家用浴室、暖气、电梯和电话这些东西早在19世纪末就已经在欧美发达国家和地区普及了。电视机和电视台是20世纪20年代出现的，电台广播、电冰箱、洗衣机和家用轿车也是从20世纪20年代开始进入千家万户的。有了这些东西，你的现代化生活还差些啥呢？ 令人感慨的是 1930 年以后，现代化生活并没有实质性的进步。是，你现在可以用电脑办公、用手机娱乐和叫车——但是，打字、通信、读书看报、隔空聊天、看电影、看电视、叫车、叫外卖，所有这些事情以前的人也都能做，而且因为会更多地跟真人接触，也许过去体验更好。后来的那些进步主要是信息传输方式的进步，能让这些事情做起来更方便，但是如果你以前就生活在富裕地区而且不差钱，你的生活实质上并没有受到剧烈影响。 现在不同了，新的时代来了。以目前的趋势而论，因为人工智能、材料科学、3D打印和电池等基础技术的日渐成熟和横向融合，我们将很快看到一些能真的改变日常生活方式的新科技，包括机器人、飞行汽车、人造器官和能治愈癌症甚至延长寿命的医药，等等。而孙瑜博士在本书中所讲的脑机接口，就是这种级别的科技。 直至今日，科学家仍然不敢说理解大脑，但是脑科学在过去几十年内有了天翻地覆的进步。现在我们对大脑的认识，我们对脑机接口技术的期待，可以用一句话概括： 大脑是被关在笼子里的，它应该走出来。 自然状态下，人类大脑的潜能并没有充分发挥出来。民间流行的一个说法是“大脑潜能只发挥出来了10%”，说90%的大脑区域没有被利用到，这个说法其实是错误的。事实上，每个大脑区域都参与了我们的日常事务，科学家们非常了解哪个区域在干什么，大脑里面并没有什么离奇到不可思议的未知区域。但是大脑的能力发挥确实受到了限制，这个限制不是大脑本身，而是它的输入或输出。 自然状态下的大脑是靠眼睛（视觉）、耳朵（听觉）、鼻子（嗅觉）、嘴（味觉）和皮肤（触觉）输入信息的。大脑向外传递信息都是通过指挥身体去做一些动作完成的，是用身体器官和语音输出的。但是这些“设备”的传输速度太低了，大脑有能力处理更快的输入和输出，只要我们给它一定的训练。 比如在人类文明出现之前，没有文字的时代，人们只能通过声音和肢体语言交流信息，信号非常粗糙，只能表达比较简单的意思。有了文字，人们可以通过快速阅读一篇文章而立即掌握很多信息，信息输入的速度和精确度都大大提高了。研究表明，学习读写会在大脑中留下永久的痕迹，一部分脑区被专门用于读写功能，但读写能力并不是天生的，是后天训练出来的，而训练可以改变大脑。 一个受过多年教育的人，他的大脑，比他不识字的父辈的大脑，要厉害得多。信息输入升级，大脑也会升级。同样的道理，现在有很多人用两倍速甚至三倍速的速度播放音频和视频节目，他们发现一旦适应了之后就感到非常自然，并不耽误理解和记忆，而且他们似乎再也受不了人正常说话的速度了。你想给他们讲课，也许最好的办法是把课程录音、录像让他们变速播放。新一代人的信息处理速度将至少是上一代人的两倍。所以大脑是个特别善于自我升级的信息处理“设备”，它的主要瓶颈就是输入和输出。 如果我们能给大脑提供声音、图像和文字之外的信息，如果我们能直接读取大脑神经元的电信号，如果我们可以直接刺激大脑神经网络，那又会是什么样的情景？如果大脑能随时随地迅速调取任何信息，它会怎样思考？如果大脑能跟计算机合二为一，它会爆发什么样的新能力？ 我们现在已经知道，大脑的很多想法、感受、意图都是不能用语言表达的。抑郁到底是一种什么感觉？灵光一现到底是一种什么情绪？没生过孩子的人不能精确理解母爱到底是什么样的爱，正如男性无法体验女性的性高潮是什么感觉。我们的口和手，我们的原始输入、输出设备限制了我们传递这些信息的能力。如果我们能通过一种设备直接把两个大脑连接在一起，让他们真正“心意相通”，那将会是什么样的情景？ 这就是“脑机接口”技术正在做的事情。脑机接口能让电子设备直接跟大脑对话，分为“非侵入式”和“侵入式”两种。非侵入式脑机接口是让人佩戴头盔或者在额头贴个什么东西，或者用远程监测的方法读取脑电波之类的信号，这种方式风险小，容易普及。侵入式接口则要在头盖骨上钻孔，相当于“微创”开颅手术，把小电极直接插入到大脑的特定部位。这听起来似乎难度很高、代价很大，但对于一些特定病人来说，这是值得的。 孙瑜博士在书中讲到，脑机接口技术可以在四个层次上改变人类大脑和我们的生活。 首先是“修复”，通过让机器跟大脑对话，对身体的一些器官机能形成替代。以前残疾人用的假肢是机械的，现在科学家已经能让大脑在一定程度上像指挥我们的四肢一样去指挥一个假肢。这种技术的了不起之处在于你需要能快速精确地解读大脑的指令信号。 其次是“改善”，是对大脑本身做一些事情。科学家已经非常明确，抑郁症不仅仅是心理性的疾病，更是生理性的疾病，是大脑的“硬件”出了问题。传统的药物疗法效果一般，但是有实验证明可以用直接干预大脑的方式“取消”抑郁症状。比如说在大脑中植入一块小小的电信号板，刺激相关脑区。 第三层是“增强”，也就是让脑机接口给大脑赋能，实现功能升级。传说美军已经搞出了一种头盔装备，能大幅度提高士兵的注意力和射击准确度，还能让学习效率增加数倍。我们不知道美军上述装备的细节，但是我们知道确实有好几家公司在做这种装备的民用版。 第四层，则是让大脑和机器、甚至大脑和大脑建立深度连接，也就是“沟通”。早在 2015 年，就有人进行了实验——让三只猴子仅仅通过“脑—脑”连接而合作完成游戏任务，证明这这件事是可行的。更深度的连接需要传递复杂而精准的信号，恐怕必须用“侵入式”方法，而且只往大脑中插入一个简单的电极无法满足需求，人们设想，最终我们会在大脑里植入一张网格。 所以现在事情已经变得非常严肃了，已经不再是“设想”了，而是各个层面都有人在做实质性研发了。很可能就在我们所处的时代，就会有很多原本健康的人主动给自己安装第三只手臂——因为他觉得三只手臂一起工作更得力。到时候我们可能会发现“人只有两只手”这件事儿是个不必要的设定。 再进一步，我们可能会认为，让大脑保持“纯天然”的、孤零零地身处头盖骨之中的状态，是不正常的。这就如同我们早就习惯了出远门时应该乘车一样—— 让大脑独自思考，就如同只用两条腿走几十公里，除非你是为了锻炼，否则不但没必要，而且不应该。 如果全世界人的大脑都被连接在了一起，一个人有什么念头马上就能让另一个人、让一大群人明白，世界将会是怎样的？那将是比“元宇宙”“上传人生”更深刻的变革。 这是埃隆·马斯克正在做的事情，也是孙瑜正在做的事情。而这件事之所以以前做不了而现在能做了，是因为它需要几项基础技术都达标才行。比如，你需要材料科学的支持，植入大脑的电极材料不能用一般的金属，孙瑜的方案是用石墨烯，而石墨烯是刚刚流行的新材料。再比如，怎么解读大脑那么复杂的信号？你需要人工智能的支撑。还有，要想全方位地监测大脑、让各种设备协调工作，你需要高水平的信息传递机制，而我们正好赶上了5G和万物互联的时代。 所以要想做到人机合一，必须让科技合一，而且你还需要大量能综合运用这些新技术的人才。 但是，在我看来所有技术都不是最关键的，最关键的是我们对大脑的理解还远远不够。智能假肢我相信指日可待，但是像“上传记忆”这种事情究竟能不能实现，归根结底不是看技术条件是否允许，而是看大脑本身是否允许，又或者其中有什么副作用是我们没想到的。据我所知，脑神经科学家和认知科学家还在疯狂努力研究之中，因为没有人敢保证，大脑允许你们那样摆弄…… 而这正是科技探索的魅力所在。不知道最终能不能做成，但是先做起来再说——等知道能做成再做时就已经落后了。为什么不是由我们来告诉世界这件事能不能成呢？ 万维钢 2022年3月1日

序言：脑机接口终于来了 / iii 脑机接口：硬科技皇冠上的明珠 / ix 第一部分?脑机接口的基本原理 第一章?脑机：人类为什么能被改造 / 2 关于大脑的“迷” / 3 什么是大脑的可塑性——让盲人用“舌头”看到世界 / 6 重新定义自我的边界 / 10 数字疗法的脑机实践 / 16 大脑的智能与未来算法 / 21 第二章?接口：机器如何“翻译”大脑语言 / 25 两种脑机接口：侵入式与非侵入式 / 26 “古老的”语言vs.未来的交互 / 33 VR/AR技术与神经交互 / 40 如何实现人与宠物之间的沟通 / 44 还有哪些大脑神经信号的解码方式 / 46 第三章?互联：脑机交互如何走出实验室 / 53 从侵入式脑机接口到马斯克的“神经蕾丝” / 54 非侵入式脑机接口—“电子纹身” / 58 有关睡眠的科学 / 61 脑机接口与睡眠调节 / 69 “健康黑客”不再遥不可及 / 75 第二部分?脑机时代人类进化的四层金字塔 第四章?修复：如何恢复你的身体机能 / 80 脑机接口能让瘫痪的病人站起来吗 / 81 疼痛治疗和听力修复 / 86 通过刺激大脑改善抑郁症 / 90 脑中风病人的身体修复 / 95 老年痴呆症的治疗与修复 / 101 第五章?改善：如何改变你的精神状态 / 109 让我们进入巅峰状态的高级体验—“心流” / 110 人类的情感计算 / 120 青少年的情绪识别与精神疾病防治 / 123 情感与大脑中的神经递质 / 130 脑机接口如何从实验室走向市场 / 137 第六章?增强：如何提升你的大脑算力 / 141 记忆的移植和增强 / 142 脑机接口的电极 / 147 记忆的神奇之处 / 157 第七章?沟通：脑脑交互是人类的未来吗 / 163 什么是脑脑交互 / 164 不靠语言怎么实现沟通 / 170 脑机接口与大脑的双向反馈闭环 / 176 帕金森病与脑机接口 / 178 第三部分?未来的人类 第八章?未来：人类会被重新定义吗 / 184 进化论与脑联网 / 185 感觉的延伸与替代 / 190 什么是元宇宙 / 196 脑机接口的伦理 / 202 技术人文主义 / 208