工業技術研究院

星期一早上，電影《銀翼殺手2049》（Blade Runner 2049）週末才剛上映，路薩德（Eric C. Leuthardt）此刻站在燈火通明的手術室正中央，穿著手術服，戴上口罩，而在他眼前的是一位沒有意識的病患。

「我以為他是人類，可是不確定，」路薩德對站在一旁的住院醫生說，同時在病患剃光頭髮的區域畫了切口線，準備進行腦部手術。「你覺得他是複製人嗎？」

「他絕對是複製人，」住院醫生回說。電影中的「複製人」指的是生物工程機器人，外表與人類幾乎沒有兩樣。

「我覺得很有意思的一點是，未來場景總是少不了飛天車，」路薩德邊說，邊把記號筆遞給住院醫師，拿起一把手術刀。「電影捕捉到反烏托邦的元素，講了生物學、複製人，但遺漏了未來世界一個很重要的環節。怎麼沒有提到神經假體（Neural Prosthetics）呢？」

44歲、身兼科學家與腦科醫生身分的路薩德，花很多時間在思考未來世界。除了在聖路易華盛頓大學（Washington University in St. Louis）擔任神經外科醫生之外，他還出版過兩本小說，寫過一本「希望讓社會對未來的轉變做好準備」的劇作，並且因此得獎。他的第一本小說《紅惡魔4》（RedDevil 4）是本科幻驚悚小說，書中描述有9成人類選擇將電腦硬體移植入大腦，讓人機無縫接軌，不用離開家就能有各種不同的感官體驗。路薩德認為，再過幾10年，這樣的移植手術就好比醫美整形或刺青一樣，民眾不用多想就願意動手術。

「動手術是我的工作，」他說，「所以不難想像。」

但路薩德不只想像那個未來世界而已，他還積極地實踐。他專攻頑固型癲癇症（Intractable Epilepsy）手術，患者在主要手術前必須住院數日，在皮質植入電極，以電腦匯集患者發作前的神經激發（Neural Firing）模式。患者這段期間只能躺在病床，無事可做相當無聊。大約15年前，路薩德突發奇想，覺得何不請患者一同參與實驗，這樣他們既可以打發時間，他自己也能進一步實現夢想。

路薩德於是開始為患者設計實驗，接著分析他們的大腦訊號，想知道大腦如何幫人類的想法與意圖編碼，又如何使用這些訊號控制外部裝置？他取得的數據是否翔實，足以預測到動作？他可以聽到對方的內在獨白嗎？認知本身可以解碼嗎？

儘管有些問題距離得到結論還需要時間，但研究結果很正面，讓路薩德深信他的想法絕對可行。所幸他是腦科醫生，經常面臨手術室的生死關頭，容不得胡說八道或胡思亂想，否則旁人聽到他的信念，恐怕會覺得他是瘋子。對於腦部手術的風險與困難度，路薩德比大多數人都清楚，但他深知大腦的運作方式，因此也很清楚大腦的先天限制，認為有機會透過科技來克服。他深信，一旦全世界了解這個潛力，再加上科技日新月異，人類終究會繼往開來，繼續演化之路，只是這次需要借重腦內晶片的幫忙。

「在未來，神經能夠與機器順暢融合，」路薩德說：「只是時間早晚罷了。不管是10年還是100年，把時間拉長來看，這會是人類歷史的一大進展。」人腦跟電腦結合，形成所謂的「腦機介面」，對它懷抱有夢想的人，並非只有路薩德一人。去年3月，特斯拉（Tesla）與SpaceX創辦人馬斯克（Elon Musk）成立Neuralink公司，旨在打造促進腦機融合的裝置。臉書創辦人祖克柏（Mark Zuckerberg）也勾勒出類似的願景，臉書去年春天透露，旗下有60名員工專門研發腦機介面，希望做到動動腦就能打字的境界。線上支付系統Braintree創辦人強森（Bryan Johnson）也有相關布局，投資研發神經假體的Kernel公司，希望最終能夠提高人類的智商、記憶力等等。

但這些計畫都還在萌芽階段，而且很神秘，因此不容易評估進展程度，也不知道計畫目標到底可不可行。腦機介面有許多挑戰尚待克服。馬斯克和祖克柏等人所講的裝置，需要更精進的硬體，才能促進電腦和人腦在機械層面上無縫接軌溝通。此外，大腦的神經元將近1兆個，隨時都有大量神經元激發，產生龐大數據，所以腦機裝置也必須具備足夠的運算能力，才能分析這些資訊。另外還有一個關卡：我們現在還不知道大腦使用的密碼；也就是說，我們必須先學會讀懂人類的心智。

但路薩德認為在他有生之年就能看到這些想法實現。「現在科技進展神速，不難想像20年後的手機只有一顆米粒大小，」他說：「用最小侵入程度的方式裝進人腦裡，並執行必要的運作，達到真正的腦機介面。」

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長久以來，科學家認為神經元激發是我們能動作、感受、思考的原因。但神經元彼此之間，以及與身體其他部位如何進行溝通，向來是神經科學的一大挑戰，解開了這個密碼，我們才能實際分析出大腦細胞為什麼讓人能夠運作。

1980年代初，任職於約翰霍普金斯大學（Johns Hopkins）的神經科學家喬葛波斯（Apostolos Georgopoulos），為目前腦機介面革命踏出了第一步。他發現，人體在進行特定動作之前，例如手腕右轉一下或手臂向下劃，運動皮質的高階處理區會有神經元激發。喬葛波斯的發現之所以重要，在於這些訊號可以記錄下來，用於預測動作的方向與強度。高階神經元的激發模式有的能夠指導多個低階神經元合作，移動個別肌肉，最後移動肢體。

喬葛波斯將數10個電極排列組合，追蹤大腦的高階訊號，證實他不僅能預測實驗室的猴子，在三度空間裡移動搖桿的方向，甚至還能預測動作強度與後續變化。

時為喬葛波斯門生、目前在匹茲堡大學擔任神經生物學家的史瓦茲（Andrew Schwartz）發現，這樣的數據似乎適合用於癱瘓患者，讓患者用心智控制義肢，於是在1990年代便接下這個任務。到了1990年代末，史瓦茲已順利將電極植入猴子大腦，逐漸證明能訓練猴子用想的就能控制機器手臂。

1999年，路薩德剛好在聖路易華盛頓大學擔任神經外科住院醫生，看到這樣的研究深受鼓舞，決定以這個領域作為一年休假研究的主題。路薩德看到史瓦茲的初期結果後，深信科幻情節即將成真，科學家終於踏出第一步，往人類與機器融合的目標前進。路薩德希望參與這場即將到來的革命，心想休假這一年可以專心研究老鼠的結疤問題，因為史瓦茲等研究人員發現在老鼠植入單一電極後，時間一久容易導致發炎，或被腦細胞包覆而固定住。但路薩德和指導老師討論時，兩人想出更好的點子：何不嘗試一個完全不同的大腦記錄技術呢？

「我們突然想到，我們不是常常在人體裝電極嘛？」路薩德說：「何不就拿這些人來做實驗？」

喬葛波斯與史瓦茲蒐集數據時，必須在個別神經元的細胞膜旁植入微電極，監測電壓變化。路薩德所使用的電極，已經在癲癇手術前植入患者腦中，面積大許多，放置於頭皮下的皮質表面，位於一條一條塑膠片上，可以同時記錄幾10萬個神經元發出的訊號。為了植入電極，路薩德必須先進行初步手術，取下頭蓋骨，切穿硬腦膜（大腦最外一層腦膜），把電極直接放在大腦上，接著連接到電線，成束穿過患者頭骨，接到大腦訊號的分析設備。

使用電極找到患者出現頑固型癲癇的大腦地點，已在醫界行之數10年，成效相當好。初步手術後，患者停止服用抗癲癇藥物，導致癲癇發作，蒐集到癲癇來源的數據後，像路薩德這樣的神經外科醫生就能判斷要切除大腦哪一區，防止未來再度發作。

但不少人抱持懷疑態度，認為電極可能無法提供足夠資訊控制義肢。為了找出答案，路薩德邀請資訊工程專家施瓦克（Gerwin Schalk）合作，後者任職於瓦茲沃斯中心（Wadsworth Center），亦即紐約州政府衛生部的公共健康實驗室。短短幾年，研究工作的進展快速，路薩德的患者已有能力玩「太空侵入者」（Space Invaders）電腦遊戲，光用想的，就能將螢幕上的太空船移左移右，還能在螢幕的三度空間移動游標。

2006年，施瓦克在研討會針對這個研究發表演說後，美國陸軍研究辦公室（Army Research Office）的專案經理人薛米瑟（Elmar Schmeisser）找上他。薛米瑟想到的應用面複雜許多，他想知道是否能夠解碼「心中說話」的行為。薛米瑟自己也是科幻小說迷，常常幻想著打造出「思考頭盔」，能夠偵測士兵心中說的話，無線傳輸到同袍的耳機。

路薩德徵求12名臥床的癲癇患者，讓他們在等待癲癇發作、無事可做的時候，給每個人36個英文單字，單字皆為子音、母音、子音簡單結構，例如Bet（賭注）、Bat（蝙蝠）、Beat（打）、Boot（靴子）等等。他請患者大聲說出單字，再默唸一次──他自己則以視覺下指令（寫在電腦螢幕上），沒有聲音，第二次再以口語下指令，沒有畫面，確保他能識別大腦傳出的感知訊號，並接著將數據傳給施瓦克分析。

施瓦克的分析軟體使用模式辨識演算法進行，程式經過訓練後，可以辨識某組神經元的活化模式是來自於哪一個任務或想法。程式使用50個到200個電極，每個電極每秒產生1,000個讀數，所以必須分析多到眼花繚亂的變數。電極數目愈多、且每個電極涵蓋的神經元數愈少，愈有機會偵測到實質模式，但同時也要有足夠的運算能力，區分出無關緊要的噪音。

「解析度愈高愈好，但每秒至少大約有5萬個數字，」施瓦克說，「必須從中找出你真正感興趣的資料，沒有那麼簡單。」

施瓦克的實驗結果相當紮實。一如預期，路薩德的受測對象開口說單字時，數據顯示運動皮質區出現活動，代表製造語言的肌肉在動。同一時間，聽覺皮質區與鄰近一個處理語音的區域也活化。更值得注意的是，即使受測患者只是默唸單字，腦中也會出現類似、但稍微不同的活化模式。

施瓦克、路薩德等幾個參與研究的人認為，他們找到了大家沒說出口、但心中聽得到的小聲音。這個系統並不完美：經過幾年努力不斷改進演算法，施瓦克的程式只達到45％準確率。但施瓦克和路薩德沒有進一步設法提高準確率，認為等到感測器技術精進後，準確率會跟著增加，兩人轉而把重點放在解碼愈來愈複雜的語音元素。

過去幾年，施瓦克持續鑽研實際與假想口說，如今已可分辨受測者默唸的是馬丁路德的〈我有一個夢想〉，還是林肯的〈蓋茲堡演說〉。路薩德則是往前推進另一個領域：找出大腦不同區域如何將觀念編碼。

相關數據目前尚未公布，「但老實說，我們還在理解當中。」路薩德坦白表示，礙於目前既有的技術，他的實驗室能做的可能有限。

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「當初期證據證實可以解碼意圖的那一刻，」路薩德說：「我就知道有希望了。」

路薩德取得實驗結果後不久，請了7天假寫作，勾勒出未來世界，並且思考短期和長期目標。他覺得，第一要務就是要讓人類做好準備，因應那一天的到來，這個工作目前還是進行式。

他這時已經動完手術，仰坐在辦公室座椅，語氣堅定地說，如果資金充裕，他可能已經研發出適合大眾市場的植入型假體，讓人操作電腦控制三度空間的游標。而且光用想的，就能開關電燈、調控暖氣等等，甚至還能體驗人工誘發的觸覺，以及使用基本工具，把心中的話轉化成文字。「用現有的技術，我是可以植入假體，但現在有多少人會想要？」他表示，「我覺得應該要實際一點，逐步更新大家的觀念，朝長期願景前進。」

為了達到目標，路薩德成立了NeuroLutions，一來是希望讓各界看到即使在今天，腦機結合的初階裝置也有市場，其次則是希望開始運用這項技術助人。NeuroLutions目前已經籌資數百萬美元，而且已研發出非侵入性的腦機介面，準備用於失去一邊大腦功能的中風患者，目前已進入人體試驗階段。這個裝置放置在患者頭皮，並連接到手臂輔具，可監測大腦活動的電極；患者心中想要做某個動作，在訊號傳到大腦運動皮質區之前，訊號的神經特徵會先被裝置偵測到。這些神經訊號位於大腦受損區域的另一邊，因此通常沒有損傷。路薩德發現，如果偵測到訊號後，把訊號加強，再用訊號控制儀器來移動癱瘓的肢體，便能協助患者獨力控制肢體，速度比市場現有方式快很多，而且效果更好。重點是，這項裝置不需要動大腦手術。

跟路薩德的遠大願景相比，這項技術顯然是小巫見大巫，但他認為可以把這個領域當出發點，實際顛覆大家的生活想像。美國每年的新中風者大約70萬人，最常見的動作損傷是手部癱瘓。如果能幫助更多患者重拾運動功能，讓大家看到他的方法更快更有效，不但能夠展現腦機介面的力量，也能因應龐大的醫療需求。

這項使用非侵入性電極的發明，只需要放置在頭皮之上，患者雖然不會覺得反感，但同時卻多了一大侷限。腦細胞傳出的電壓訊號必須穿越頭皮，才能到達感測器，所以訊號可能變得模糊。訊號穿越骨頭，也可能擴散。兩種情況都使得訊號難以偵測，不容易解讀訊號的出處。

如果植入電極，直接放在大腦皮質，可以為患者帶來更徹底的轉變，但路薩德過去學到慘痛的教訓，深知這種大腦手術畢竟不是必要，不但患者接受度不高，也很難說服投資人。他和施瓦克在2008年創辦NeuroLutions時，原本希望能推出侵入性的腦機介面，重拾癱瘓病人的運動功能，無奈投資圈意興闌珊。

首先，由神經科學專家成立的新創企業，測試腦機介面已經有10幾年的歷史，但成效不彰，無法將這項技術發展成實際可行的療法，治療癱瘓患者。潛在患者的人數也有限（美國約4萬人四肢癱瘓），起碼比不上其他醫療設備新創企業鎖定的病症，但大家都在爭取創投基金的注資。此外，腦機介面能夠讓患者做到的事，大部分非侵入性的裝置也能做得到。即便是全身完全動彈不得的患者，都還能眨眼睛，甚至動動手指，可以靠一些方法輸入數據，或移動輪椅。反觀如果直接把電極植入大腦皮質，手術有風險，術後需要時間復原，患者也要做好心理建設。
籌資出師不利，路薩德和施瓦克只好把目標放低，但沒想到，許多患者移除輔具後，手部的運動功能還持續恢復，例如也能控制手指頭的細部動作。原來患者常常只需要設備些許協助就能自我修復，一旦建立起新的神經路徑，大腦會持續重塑、擴充這些路徑，藉此傳遞更複雜的運動指令到手部。

路薩德希望，有些患者看到初期成果後，會願意接受效果更好的侵入性系統。「或許再過幾年，我們可以對患者說：『非侵入性的治療有這些好處，可是現在我們對這門科學已經很了解，科技也相當進步，採侵入性的治療可以有更多好處、加強更多功能。』」

路薩德深信這項科技能帶來脫胎換骨的潛在效果，渴望跟全世界分享，因此他積極透過藝術進行宣傳。除了寫小說和戲劇外，他現在和一名神經外科同事主持播客和YouTube頻道，兩人在節目中一邊喝咖啡、吃甜甜圈，一邊討論科技與哲學。

在路薩德的第一本書《紅惡魔4》裡，有個角色使用他的「皮質假體」，坐在沙發上就能體驗攀登喜馬拉雅山的感受。還有一個角色是警探，以心電感應與同事溝通，討論怎麼審訊站在眼前的殺人兇嫌。每個角色都能隨時連到全世界的圖書館閱讀知識，而且只要一個念頭就能汲取。人不必再孤單，身體也不再是限制。但缺點是，每個人的大腦都可能遭到電腦病毒襲擊，導致精神出問題。

路薩德承認，現在的技術還不夠精進，無法大規模記錄、刺激足夠的神經元，達到小說中的願景。但他跟矽谷一些投資人聊過後，反而讓他更加樂觀，認為即將爆發一場創新革命。

但施瓦克就沒這麼看好了。他認為臉書、馬斯克這些有志者在這個領域的貢獻不大，不容易催生出更好的腦機介面。

「他們的做法跟科學界不會有兩樣，」施瓦克說：「或許能做出一些成果，但應該不會有全新的發明。」

施瓦克表示有個趨勢「非常明顯」，那就是再過5到10年，醫生會開始使用某種形式的腦機介面幫患者復健，中風、脊髓損傷、慢性疼痛或其他病症的患者都能受惠。但在他眼中，目前的記錄技術就好比1960年代的IBM電腦，已經「過時」了。他認為，腦機介面技術如果要真正發揮出長期潛力，必須研發出新型腦部掃描技術，一次讀取更大量的神經元。

「目標是要能夠傾聽大腦、跟大腦溝通，同時讓它分辨不出訊號來自外面，以為是在腦內溝通，但我們現在還辦不到，」施瓦克說：「現在真的不知道該怎麼做，但我相信一定會發生，到時我們的生活一定會出現轉變，而且是前所未有的變化。」

腦機介面技術會在何處出現突破，又何時會發生，目前仍是未知數。經過幾10年的研究與進展後，許多技術挑戰依舊嚴峻。但隨著神經科學與相關軟硬體持續進步，腦機融合已經是可預見的未來，至少對忠實信徒來說這是不可避免的結果。

路薩德說，最起碼這個話題被矽谷炒熱了，「大家都很興奮，開始思考腦機介面的實用面，這是以前沒有的現象。」他承認，如果最後淪為一時趕流行，可能會「讓這個領域倒退1、20年」，但他認為就算如此，最終目標還是有實現的一天，也就是腦機介面技術大躍進，讓我們能夠跳脫認知與身體的限制，顛覆前幾代人習以為常的觀念。

「這樣的技術一定會出現，」他語氣堅定地指出，「很有可能轉變人類演化的方向。」