第1章 科学

插口人生：脑机时代已来？

文/乔小帮主

在《攻壳机动队》和《阿丽塔：战斗天使》中，主角只有大脑保存完好，安装了外骨骼之后奇迹般地复活，在脑机接口技术的加持下，还能进行激烈刺激的战斗；在《黑客帝国》中，人类通过脑后插管可以在虚拟世界中生活，并且浑然不觉有任何异样；在威廉·吉布森的短篇小说《冬季市场》中，主角患有先天性残疾，只能依靠脑机接口控制外骨骼活动，为了摆脱羸弱的肉体，她最终将意识转译成计算机程序，获得了永生。在《科幻世界》2019年6、7期连载的陈虹羽《永劫之境》中，被实验人员通过人机接口进入相互干涉影响的共享意识世界，但这项看似通过激发植物人意识救死扶伤的技术，背后却隐藏着泯灭人性的军事用途……相信大家对于科幻作品中设想的脑机接口的强大功能并不陌生。

2020年8月，埃隆·马斯克召开了一次发布会，展示了其投资的Neuralink公司最新的脑机接口设备。在演示中，这款设备可以记录实验猪脑内的神经电信号、预测它的运动。同时，他还宣称脑机接口能够召唤汽车、打游戏，并且能治疗诸如失聪、失忆、中风等疾病，甚至连抑郁症、焦虑、失眠、成瘾都能治疗。此外，他还声称有望在5年内实现大脑间的直接交流，将来还能上传和下载记忆，从而实现科幻中的“数字永生”。

看样子，科幻成为现实指日可待了。但实际上，他所演示和声称的功能，有些早已经实现，还有些仍然是天方夜谭。要搞清这个问题，首先应该知道科学家们研究的脑机接口是何物，以及它们究竟能干什么。

何谓脑机接口？

顾名思义，脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）就是连接大脑与计算机之间的信息系统，可以让大脑直接和计算机沟通。脑机接口的信息传递是双向的，既能从大脑传递信息到计算机，进而操控与之连接的外部设备，也能从计算机传递信息到大脑，用电信号刺激脑神经。

那么，脑机接口是如何运作的呢？神经科学研究发现，即使神经系统和运动器官因损伤而丧失作用，只要大脑功能保持正常，那么控制指令依然能够通过脑电信号从大脑中传输出来，只不过损伤的肢体不会随之活动罢了。人们在进行某些思维活动，或者在某些外部刺激下，脑电信号会呈现出与刺激相对应的规律性变化。因此，抽象虚拟的大脑活动，可以通过具体真实的脑电信号来表达，这种信号是大脑与外界沟通的桥梁。脑机接口即是通过检测或影响这种脑电信号来和神经元沟通的。

此外，脑机接口的另一个原理是大脑的功能组成。我们知道，大脑的各种功能通常由一些具体位置（即脑区）来负责，比如视觉依赖大脑枕部的区域来实现，如果该脑区受伤，就会让视觉能力受损，此即大脑功能的局部性。同时，每种功能也需要多个脑区的协同合作才能实现，任何一个涉及相关信息加工的脑区产生故障，都会导致人体最终的行动（语言、表情、动作等）出现问题，此即大脑功能的分布性。这对于脑机接口采集信号或者电极植入位置的选择至关重要。

按照人机连接的方法来划分，脑机接口一般分为无创型（非植入型）和植入型。

常见的无创型BCI是基于脑电图（EEG）的脑机接口，这种记录系统有几十到上百个圆盘形电极，每个电极的形状和大小跟纽扣差不多。将这些电极粘贴在头皮上，即可记录大脑中的电流变化。植入型脑机接口则需要通过在头颅植入电极来记录神经元活动，电极既可以植入到颅骨与大脑之间，也可以植入到大脑皮层内部。这几种方法所收集的神经信号精度和强度有明显不同。

我们可以将大脑想象成一座正在举行球赛的巨大的体育馆，每个神经元就是一名观众，一个神经元发出的动作电位就是观众的一次呼喊。对于无创型脑机接口来说，贴在头皮上的电极就像贴在体育馆外墙上倾听馆内声音的麦克风，每个观众的呼喊声（神经元的信号）是非常微弱的，麦克风只能探测到馆内那一亿名观众叠加的呼喊。在这种情况下，很难探测到一个人（神经元）的呼喊（动作电位），自然就无法了解具体某个神经元的活动，更何谈了解大脑的具体状态？但进球时，观众会齐声欢呼，声音具有同步性，会比杂乱无章的各种声音更大。所以，根据这种同步性的欢呼，就能猜到馆内发生了什么。EEG记录系统就是通过探测大量神经元的同步活动，来推测大脑的工作状态。

植入到颅骨与大脑之间的电极阵列，相当于把麦克风安装到体育馆的内墙上，当然，它仍然难以记录单个神经元的活动，和EEG一样只能测到多个神经元的整体活动，但其空间分辨率更高了，记录到的神经元数量更少，位置也更具体。而植入到皮层内的电极阵列，则相当于把巨型麦克风放到观众当中，可以记录周围几个人的欢呼，不过，由于人与人之间的呼叫声有些不同，在软件的帮助下可以把某个呼叫声和呼叫人对应起来，理论上能得到单个人（单个神经元）的活动。因此，植入到大脑皮层里的电极所提取的信息，比其他方法更加详细。但是，目前还没有对某个神经元进行选择记录的能力，只能根据大脑的功能区来选择植入电极阵列的位置，例如需要控制假肢时，可以在参与控制手臂或腿部运动的脑区植入电极。

提取到神经信号后，还要进行解码。就像球赛观众里有两支队伍的支持者，一方支持者所支持的球队进攻时，他们会发出更多的欢呼，反之，他们就比较安静。但他们偶尔也会因为其他事情欢呼。这就相当于不同的神经元有不同的偏爱方向。查明神经元的偏爱方向后，实时记录它们的活动，就可以猜测那个人的运动意图。该过程就叫解码。之后，控制系统需要根据解码结果来控制假肢或光标，而且还能向大脑提供反馈信号，以便调节机械臂或光标等的操控。

脑机接口究竟能干什么？

脑机接口最主要的用途就是通过接收使用者指令性的脑电信号，将其转化输出，进而控制外部设备或周围的环境（比如开关灯、控制室温等）。

从已有的报道来看，前文提及的马斯克展示和声称的部分功能其实早就实现了。比如无创型脑机接口，它可以探测到神经元同步活动频率的变化，通过分析各频率的相对强度，把分析结果反馈给使用者或实验者，也可根据这些结果来控制目标。利用这一原理，可以有些很有趣的应用。早在1985年，迈克尔·斯万维克和威廉·吉布森合著的小说《空战游戏》中就提到了通过粘贴在耳后的控制器，来操控战斗机进行空战比赛。而在现实中，市面上也有相应的可穿戴脑电波玩具了，例如让玩家用脑电波给玩具车加速来比赛，或者戴上可以探测分析脑电波的猫耳朵，即可根据佩戴者情绪的变化做出相应的指示动作。

而且，这种脑机接口还能获取大脑对身体各部位运动的想象，例如是否在想象运动左手或右脚，在想象不同的运动时，会激活控制相关运动功能的脑区的神经元，它们附近的电极所记录的频率就会有所变化。软件同时分析多电极的信号，用算法来猜测使用者的想象，从而实现让轮椅转弯或前行，以及控制外骨骼行走等等。除此之外，无创型脑机接口还可以让使用者选择屏幕上的图标，实现打字的功能，目前的频率已经达到一分钟输入上百个字母了。

植入型脑机接口可以实现更为复杂的功能。2020年初，我国完成了首例植入型脑机接口的临床研究，病人进行4个月的康复训练之后，实现了用意念控制机械臂进食、喝水和日常娱乐等行为。当然，除了能更好地控制假肢活动之外，植入型脑机接口还可以直接读取人想说的话。方法是用电极记录大脑语言区的神经活动，同时让受试者阅读或默念一些句子，然后分析获得脑电信号各频率的相对强度，再根据这些频率找出脑活动对应的语言。了解到脑电频率和语言之间的关系后，就能把记录到的信号转换成句子，即便不开口，机器也能了解并表达使用者想说的话。

近年来，脑机接口在医学康复领域的应用也逐步兴起。比如中风损坏的是大脑皮层的运动中枢，传统的物理训练康复只是活动胳膊和腿脚，效果并不很好。如今，基于脑机接口开发了一种主动的训练方式，即让中风病人想象瘫痪肢体的运动，在想象时，脑电波是有反应的，从而可以通过脑机接口系统测量到这种脑电波信号，一旦发现病人真的想动时，再去启动训练的机器人，这种训练方式非常有效。2014年，天津大学神经工程团队研制了一套应用于全肢体中风康复的人工神经机器人系统，在患者体外仿生构筑了一条人工神经通路，通过模拟解码患者的运动康复意念信号，驱动神经肌肉电刺激，从而让瘫痪的肢体做出了对应的动作。

此外，脑机接口也能应用到健康人的训练当中，比如可以探测到优秀射击选手执行任务时的脑状态，因此，把脑活动及时反馈给射击选手，让其了解自己距离优秀水平还有多大差距，从而调整脑状态，尽快达到优秀水平。

以上介绍的都是用脑机接口读取大脑信号，然后将解码的信息发送出去，以实现某种目的。除此之外，脑机接口也能向大脑传递信息，刺激电极周围的神经元，既能提供反馈（比如用机械臂抓握玻璃杯时，通过相应的反馈来调整抓握力度），也能产生人工触觉、人工视觉和人工听觉。不过，脑内电刺激还处在实验阶段，相比之下，神经接口电刺激（对大脑以外的神经进行电刺激的技术）发展较为成熟，一些利用该技术的神经接口产品已经上市，比如人工耳蜗和人工视网膜，分别是用电刺激来激活听觉神经和视网膜里的神经元，从而让患者重新获得听觉和视觉，前提是听觉神经和视网膜神经，以及相关的神经中枢都完好无损。

深部脑刺激

马斯克也提到脑机接口将来可以治疗抑郁症、失忆等大脑深部病变导致的神经精神疾病，利用的就是脑内电刺激。事实上，对于这类疾病，已经有相对成熟的治疗手段了，这种技术叫作“深部脑刺激”，俗称脑起搏器。

脑起搏器最主要的应用是治疗帕金森病。迄今为止，全球已经有超过10万名帕金森病和其他神经精神疾病患者因此受益。以治疗帕金森病为例，脑起搏器的电极植入丘脑底核区域，脉冲发生器植于胸前皮下，延长导线则在皮下连接脉冲发生器和电极。手术完成后，脑起搏器会发出一定频率的电刺激脉冲，通过电极触点作用于丘脑底核区域，调节大脑内异常的神经活动，从而达到改善症状的作用。除了帕金森病之外，脑起搏器对于原发性震颤、肌张力障碍、慢性疼痛等疾病都有很好的效果，神经科学家也在积极探索将其用于癫痫、抑郁、强迫症、老年痴呆、成瘾等神经精神疾病的可能性。

一般来讲，脑机接口和脑起搏器的电极植入的脑区是不一样的。由于运动中枢、感觉中枢、听觉中枢、语言中枢等均位于大脑皮层，所以植入型脑机接口的电极需要植入皮层，而脑起搏器的电极需要植入大脑深部，例如治疗帕金森和抑郁症的靶点分别位于丘脑和扣带回膝下部，植入皮层的脑机接口电极恐怕“鞭长莫及”。对外宣传中谈及的脑机接口有望治疗各种神经/精神疾病，往往指的是深部脑刺激。当然，也可以将它看作另一种类型的脑机接口。

前路迢迢

有相关研究者设想，到2030年，无创型脑机接口技术发展成熟，瘫痪者可以直接用大脑控制轮椅，外骨骼系统也开始上市。2050年，植入型脑机接口风险大大降低，健康人也愿意使用，安装第五、第六肢体，士兵还能植入整合了近红外、声呐等技术的“眼睛”。2070年，可用植入芯片来提高人的智能，大脑提取芯片里的知识，就像提取记忆中从学校上课学到的知识一样方便……但这些设想实现的前提是：脑机接口的发展必须十分顺利。

尽管已经取得了诸多成绩，但到目前为止，脑机接口基本上还处于实验室展示的水平，距离真正的商业化应用还有很长的路要走，它还面临着很多亟待解决的难题——

脑科学问题：脑部疾病的致病机制尚在研究当中，这些问题没有研究明白，脑机接口就不可能有成熟应用。

脑电信号采集的准确性：如果要实施精确监测，必须在脑内植入大量电极。然而，大脑皮层中有上百亿个神经元，就像前文以“体育馆”打比方所说的那样，一个电极记录的是皮层千千万万的神经元电信号，不可避免地会受到其他信号的干扰。想要实现真正的精确测量，简直困难重重。哪怕将来达到几万个电极，对于天文数字的神经元来说，也只是九牛一毛。而且，这么多的电极如何植入到大脑里？如何处理海量的数据？一般的计算机很可能实现不了这种超算功能。

安全性和植入电极的工作寿命：将数量巨大的电极植入皮层中，需要打开颅骨，还要保证不引起出血等损伤，难度非常之高。而且我们身体的免疫组织会长期攻击植入电极，免疫细胞会将它们包围起来，形成疤痕组织，所以电极的记录质量会慢慢下降，长则几年，短则几个月，电极就完全监测不到神经元活动，如果需要再次使用，就得重新植入电极。这也增加了损伤大脑神经元和感染的风险。

神经解码和编码：目前仍然是“黑箱”。脑机接口只是将复杂的神经元活动还原成简单的脑电波数据，解码的精确度还是太低了。而且，解码对应的是“从脑到机”，是“猜测”使用者的“运动意图”，与“解读意识”完全不是一个概念，而编码对应的是“从机到脑”，更是难上加难，基本还处于完全的未知状态，再加上科学家对于“意识”本身的机制还没研究清楚，所以意识上传、数字永生还是科幻构想，恐怕我们有生之年都见不到那天的到来。

通信速度慢：脑机接口最大信息转换速度只有每分钟100比特左右，这个效率远远达不到正常交流的水平，也无法控制外接设备做出复杂且流畅的动作，更何谈像《空战游戏》中那样操控战机进行激烈的比赛？

此外，脑机接口是一门复杂的交叉学科，涉及神经科学、认知科学、机械动力学、信息工程学、材料学等，任何一个学科有短板，都会严重制约脑机接口的发展。

脑-脑接口初露曙光[1]

值得一提的是，在脑机接口发展的过程中，还出现了一种叫作“脑-脑接口”的技术。2009年上映的电影《阿凡达》就对此有过展示：人类可以通过脑对脑的直接信息传递，远程控制潘多拉星球上经过改造的纳威人的身体。事实上，这绝非异想天开。有研究表明，从一只动物的大脑皮层提取神经电生理信息，将其解码之后，的确能刺激另一只动物的大脑皮层。

2014年，上海交通大学的研究团队申请了一项脑-脑接口的发明专利，其工作步骤是：视频监控动物的运动信息，传输至脑机接口的实时控制界面，控制者（人）在控制界面看到动物的运动状态，然后表达其大脑控制的意图，脑电采集模块会采集控制者的脑电信号，发送至计算机端的处理模块，最后将解码后的信息发送给动物的神经电刺激电极，进而控制动物的运动方向。简单地说，它其实包含了两套脑机接口系统，分别在受控动物和控制者两端。其目的是利用动物的特长，让它们在人类的控制下，代替人类完成我们不能和不敢的特殊任务，比如搜索、探险等。

2018年，美国华盛顿大学的研究团队首次成功建立了多人脑-脑接口系统，成功合作完成了俄罗斯方块游戏。他们将三名受试者分成两组，其中二人可以看到完整的游戏界面，并通过脑机接口发出是否旋转屏幕上最新出现的图形角度的指令，第三个人接收到指令来实施操作，平均正确率高达81.25%。该研究展示了利用连接大脑的“社交网络”协作解决问题的可能性。

不过，由于涉及提取脑电信号、解码、将解码信息传递到正确的神经环路等高难度过程，此前的脑-脑接口信息传递速率只能达到每秒0.004至0.033比特，这是制约该技术发展的主要瓶颈之一。2020年初，北京脑科学与类脑研究中心的科研人员提出了一种新型的脑-脑接口，有望解决这一问题。他们先是用光纤记录系统从“控制鼠”的大脑神经元中提取运动信息，然后将其解码，进而通过光遗传学1刺激“阿凡达鼠”的特定神经元，其信息传递速率达到了每秒4.1比特，比之前的同类研究高出两到三个数量级，实现了两只动物的高度同步化运动，从原理上验证了跨个体精确控制动物运动的可能性。

从系统构成来看，脑-脑接口与脑机接口密不可分，脑机接口的瓶颈也是脑-脑接口需要克服的，与此同时，脑-脑接口或许还存在专属于它的难题。虽然困难重重，科幻作品中设想的终极目标也不一定能变成现实，但脑机接口和脑-脑接口有望实现生物智能与机器智能的融合，使大脑与大脑之间、大脑与计算机之间直接进行沟通，前景可谓十分广阔。全世界的科学家正在努力钻研，未来一旦取得重大突破，人类历史的进程甚至会因此而重塑。

【责任编辑：艾 珂】

梦之彼方——虚拟现实的虚拟与现实

文/张雨晨

导言：

《玩家一号》的续作《玩家二号》11月在北美出版发行。故事中那个塞满人类流行文化瑰宝（和“梗”）的“绿洲”，堪称是流淌在电子空间的现世天堂。那么，在我们重返“绿洲”飙赛车、开高达之前，何不先来看看支持这精彩故事的科学基础框架呢？

一 庄周梦蝶

梦境与现实，哪一个更加精彩，哪一个更加让人留恋？

从《梦游天姥吟留别》到《爱丽丝漫游仙境》，壮丽而诡异的梦境一直是文艺领域经久不衰的创作题材。而随着科学的发展，向大脑中输入信息，形成一个“虚拟现实”的科幻概念，开始取代传统的“神游太虚”，成了新一代文化产品受众的新宠。

虚拟现实正式成为一个独立的科幻概念，还是要从“赛博朋克”流派的开山之作《真名实姓》算起。随后，诸如《神经漫游者》《雪崩》《黑客帝国》《盗梦空间》在内的后续作品，将这一科幻概念极大扩展，为观者展现出了千姿百态的虚拟现实奇观。

而在流行文化同样发达的日本，则围绕着虚拟现实技术，诞生了《攻壳机动队》《铃音》《废园天使》等科幻经典。时至今日，虚拟现实题材也依然不乏《刀剑神域》和《十三机兵防卫圈》这样的新潮大作。甚至连一贯老成持重、以“现实系”自居的《高达》系列，也推出了故事情节颇为精彩的“网游高达”——《高达创形者·再起》。

有趣的是，在自身本就是“虚构”的幻想故事中再去描述“虚拟现实”，等于是让作品本身，化为一场嵌套着的多层梦境。现在，就让我们穿透“梦幻境”的层层面纱，潜入它最深处的科学本源吧。

二 欢迎来到现实的荒漠

在认识“虚拟现实”之前，我们首先要弄明白什么是现实。

虽然乍一看“何为现实”是一个几乎不证自明的蠢问题。但如果打破砂锅问到底，就会发觉“现实”恰恰是一个极难定义的概念。

在诞生现代科技文明萌芽的古希腊，著名自然哲学家柏拉图曾经提出了一个乍一看有些匪夷所思的“寓言”：倘若一个人从出生就被锁在岩洞之中当“面壁者”，所见之物全都是身后大千世界透过洞口投射在岩壁上的影子，那么对于这位命运悲惨的“洞穴囚徒”来说，岩壁上“现实的倒影”就是他所见的一切“现实”。

这个“思想实验”乍一看似乎匪夷所思，但从严密的逻辑思辨角度看，却提出了一个非常尖锐的问题：我们认识的现实，究竟是客观的存在，还是由认知能力通过输入刺激构建出来的幻象？

考虑到我们对“现实”本身的认识，都是建立在感知觉输入的信息之上，这个“现实究竟是否现实”的问题，就没有看起来那么不着边际了。随着欧洲文艺复兴运动对希腊文明薪火的传承，著名的学者笛卡尔，在柏拉图的基础上更进一步，提出了一个如今看来都依然耐人寻味的思想实验：倘若一只法力高强的恶魔，用卓绝的幻术欺骗了我们所有的感官和知觉，那么我们还能否只靠自己、从内部就识破它精心编织的“梦幻境”呢？更进一步追问，我们怎么确定，如今习以为常的现实，不是一个被恶魔有意用信息壁垒构建的海市蜃楼呢？

时至今日，在流行文化中，笛卡尔的“幻术恶魔”依然有着名为“月读”“镜花水月”“对自核梦”和“黑客帝国”的无数化身。这些作品旺盛的生命力，本身就在反映着我们对于“现实”的思考与隐忧。

而随着现代科学与技术的进步，尤其是神经科学和心理认知科学的快速发展，人类对现实的认知，也从单纯的哲学问题，变成了一个横跨多个学科、涉及无数具体课题的庞大领域。

那么，人类究竟是如何产生对现实的认识呢？

从神经生物学的研究看，以我们的主要感官——视觉为例，大脑的初级视皮层，主要是对视野中物体的边界、角度朝向、空间频率等简单的局部信息进行识别、提取与编码的。而对复杂物体（比如面孔）的表征识别，则出现在综合接受大量低级皮层输入信息的中、高级视觉皮层之中。而再往更高级的脑区走，神经元表征的就是更加抽象、符号化的概念了。

加州理工学院的科学家曹颖，在2017年发表的非人灵长类面部识别机制研究论文中，就以电极记录的颞叶神经元活动为实验证据，证明了大脑对面孔的表征和识别，是一个汇总大量神经元反应的过程。具体来说，在颞叶一个负责处理加工面孔等复杂视觉特征的脑区里，不同的神经元会对输入的不同特征信息分别进行加工，并以自身的放电频率为编码手段，分别对某一个具体特征的变化进行持续的表征——比如，一个负责检测“眼距”特征的神经元，当呈现给大脑的面孔图片是个眼距很小的人时，它的放电就很少；但随着双眼的距离越拉越开，它的放电频率会变得越来越密集。因此，只要检测这个神经元的放电频率，大脑就能知道看到的人眼距是宽是窄。而将这些神经元各自代表的特征维度汇总起来之后，大脑就可以构建一个表征面孔的高维特征空间，识别映入眼帘的每一张面孔。

这种用群体编码构建面孔的方式，实际上早就被三维动画建模师用来创建虚拟人物了。最典型的例子，就是很多冒险游戏里开场的角色外观自定义系统。玩家通过拖动各个特征轴的具体参数，来构建一张符合自己想象的个性化面孔，从而大大增加游戏时的代入感。这个源自计算机建模的“捏人”算法，恰恰与大脑天然的面孔特征表征方式高度类似。

然而，当看到一张熟悉的面孔时，我们根本不需要挨个对比面部特征，就能立刻认出这是谁。即便是陌生的面孔，我们也能在一瞥之下，立刻判断出这个人的表情、情绪以及可能的性格。

这种现象，神经生物学同样有实证研究。

回到初级视皮层。先前的大量实验证据已经证明，这里的神经元主要是表征非常具体的局部信息。那么，当我们扫视充斥着海量具体信息的日常环境时，这里的神经元们会不会被汹涌而入的信息流引发山呼海啸的全面活动呢？

奇怪的是，自然场景并不能引发初级视觉皮层神经元的大规模活动——这个结果虽然在科学家意料之外，但也在科学的情理之中：自然选择从来都会严格限制大脑的能量消耗，视觉系统如果对最常见的自然环境都要拉满功率来应对，那必然早就被淘汰了。

经过进一步的研究，科学家们发现，大脑中各个层级的神经元，都会多多少少受到来自其他神经元反馈调控。而大脑内的不少神经元，即便没有信息输入时，自身也会产生一定频率的自发放电，从而对其他的神经元持续产生或兴奋或抑制的输出效果。只有当神经信号沿着特定的通路传入这些“自说自话”的神经元后，它们的活动模式才会产生变化。这种“自发放电”活动，在知觉认知的形成过程中，就可被视为一种对外部刺激预先进行判断和表征的“预期”。初级视皮层的神经元，在看到自然场景时，大部分的活动都会被上位神经元的反馈调控所抑制。

由于大量“预期”的存在，大脑建立“现实”的思维过程，与其说是在“拍照”，不如说是在“作画”。最终的效果，就是大脑经过学习和积累后，只需要同时激活数量有限的少数神经元，就能高效快速地识别、提取环境中感兴趣的信息，再用抽象的预期信息填补空白，并对认为不重要的信息大量过滤、抑制。

再进一步，我们大脑里这种“即兴创作”的机制，甚至会让我们看到一些“不存在”的事物。比如说，三个有缺角的“吃豆人”图形，配上三个折角线段，在适当的排列后，就会让大脑“看到”一个实际上不存在的“卡尼萨三角”。而这种“完形填空”一般的思维特性，则让最早描述这一类大脑认知活动的心理学派，获得了“格式塔（Gestalt，德语完形之意）”的名号，至今依然对科学、哲学甚至艺术都有着独特的影响和指导。

因此，即便没有笛卡尔的“幻术恶魔”，我们的大脑本身，也是在不断地“自我欺骗”中认识“现实”的。而当这种“自欺欺人”的能力出现病态发展时，就会在脑内不受控制地生成各种真假难辨的诡异幻觉，极大影响患者的精神状态。这种精神疾病，就是名字经常被误解为“多重人格”的“精神分裂症”。

随着神经科学和临床医学的发展，哲学领域也在不断跟进。进入20世纪之后，法国哲学家拉康，就基于当时的科学研究和临床观察，对“现实”提出了著名的“三界”理论。

这其中，“真正的现实”，也就是“实在界（the Real）”，是一个我们实际上从未直接感知过的外部世界。我们以为的“现实”，其实是大脑接收了身体其他部分输入的神经信号，加以筛选、加工甚至“脑补”之后，在脑内形成的“想象界（the Imaginary）”。而人类凭借演化史上空前发达的高度智能，以符号化的逻辑、语言、故事和知识编织起来的抽象概念世界，则组成了最后的“象征界（the Symbolic）”。

虚拟现实技术，就是在现实的荒漠上，为我们再造一个全新的“想象界”。

三 缸中之脑

笛卡尔恶魔的现代版本，就是“缸中之脑”。

简单来说，就是让幻术恶魔化身全套的仪器设备，使一个孤立存在的大脑，也能误以为生存在现实世界。

不如说，我们的大脑本身，从来就是一个蛰伏在颅腔这个“生物培养槽”之中的“缸中之脑”。因此，只要能够向大脑输入以假乱真的信息，在大脑中重建一个“虚拟现实”在理论上是完全可能的。

但具体怎么做呢？

其中一个办法，就是像笛卡尔设想的那样，从原有的感官通道里向大脑输入信息——比如目前流行的VR（Virtual Reality）头显设备。这个看着像是“板砖盖脸”的玩意，主体部分实际上是一个双眼显示器。它利用人脑借助双眼视差形成立体视觉的机制，分别向双眼投射略有角度差异的影像，营造以假乱真的景深。然后，再通过设备内置的平衡感受器，捕捉使用者的头部转动，将对应角度的图像实时传递到佩戴者的眼前，模拟头部转动时“眼观六路”的效果。如果再配上立体声耳机带来的“耳听八方”，甚至体感手柄的“手到擒来”，那虚拟现实的体验效果就更锦上添花了。著名科幻作品《雪崩》和《玩家一号》中的虚拟现实世界，就是依靠类似的技术实现的。

而类似机制的增强现实（Augmented Reality， AR）则是把虚拟信息投射在透明的目镜上，并可以让这些虚拟形象与现实进行一定的交互。这显然对整套系统提出了额外的现实环境感知识别要求。在《刀剑神域·序列之争》中，主角们就是通过“黑科技”的AR眼镜，在现实的街道、广场和公园中与游戏怪兽战斗、和虚拟歌姬共舞。不过现实中的AR技术，还远没有动画中想象的惊人能力。

显然，这样利用原有“输入端”来制造虚拟现实的技术，最大的优点就是不会对人体造成直接侵害，可以即戴即用，普及起来非常方便。然而，这类技术也绝非完美无缺。我们的感知觉系统，在漫长的自然演化中被环境刺激打磨得极其敏锐，对类似自然环境的输入信息有着高度的识别、加工能力。而目前的VR设备，再怎么强化硬件机能，也很难真正骗过我们与生俱来的“火眼金睛”，多沉浸一会儿就会被大脑看出破绽，从而产生眩晕等应激反应。

因此，虚拟现实的另一条路线，就是直接往大脑的感觉皮层里投射信息。

虽然看起来很玄，但“直接往大脑里塞信息”本身，并不是多难的事情。拳击运动员“脸接重拳”后的“眼冒金星”，就是在头部受到剧烈冲击时，位于大脑枕部的初级视觉皮层撞到颅骨后异常放电产生的“输入信息”。

不过，如果想要输入有意义的信息，那难度曲线立刻就陡然上升了。受限于大脑骇人的复杂程度，那些表征着抽象概念的中高级皮层，目前对于人类来说还有太多未知。贸然用电极去刺激这些位置，几乎不可能预测产生的结果，因此很难往里有效地输入信息。

但是，对于初级视皮层这样和视网膜有着明确对应投射关系的初级感觉皮层来说，一些经过精心设计的刺激序列，就可以形成有效的信息输入了。

初级视皮层，就像一张大脑映射视觉信号的投影幕布，它的不同位置，分别对应着视野中不同的“感受野”。因此，我们只要对初级视皮层的不同位置进行刺激，就能在视野中对应的各个位置分别产生“视觉”的效果了。

说白了，就是一种特别精细的“眼冒金星”。

2018年，我国科学家就通过光遗传技术（可以简单理解为通过基因工程手段让特定的神经元可以被特定波段的光刺激激活）精确刺激猕猴的初级视皮层，在清醒的猕猴身上成功输入了含有基本空间位置信息的“虚拟视觉”。而2020年美国医学家Yoshor领导的团队，更是在患者初级视皮层植入视觉皮层假体（Visual Cortical Prosthesis， VCP），再以动态刺激序列激活初级视皮层的不同区域，让眼部损伤的盲人在黑暗中看到了由连续呈现的视觉刺激轨迹组成的字母。

显然，现实中的虚拟现实设备，因为科学理论和技术水平的限制，还远远达不到科幻故事中的效果。像《刀剑神域》那样不需要任何有创植入设备、只要戴到头上就能彻底进入完美虚拟世界的Nerve Gear头盔，更是当代科学技术框架内甚至无从设想的“黑科技”。

此外，虚拟现实技术倘若真的发展起来，虽然会有巨大的应用前景，但也会产生负面的隐患。不管是像“对自核梦”那样让人沉湎的温柔乡，还是《副本》中惨无人道的虚拟刑讯室，虚拟现实就像所有技术一样，本身无分善恶，全看人性将其如何发挥。

但反过来说，虚拟现实技术，本身也并没有什么特别的。它不过是在现实的荒漠上，为我们的灵魂再搭起一栋可以暂避其中的空中楼阁而已。它就是一面厄里斯魔镜，我们在其中看到的一切，归根结底依然是现实的倒影，最后终将砰然坠落到“实在界”的尘埃之中，就像世间存在的森罗万象一样。

毕竟，虚拟现实虽然可以无限美好，但倘若能在现实活得同样精彩，又有谁会一直逃避其中呢？

【责任编辑：艾珂】