科学

夜城传奇——《赛博朋克：边缘行者》中的赛博科技

文/张雨晨

一、传奇的诞生

大卫·马丁内斯，夜之城的传奇。

他原本只是一位平凡的单亲家庭叛逆少年，却凭借聪明的头脑和母亲的勉力支持，在统治夜之城的荒坂公司接受教育。然而，他的“做题家”道路却被一场突如其来的街头帮派火并化为灰烬。母亲葛洛莉亚的惨死，让这个本就经济拮据的家庭彻底断了资金链。大卫不得不从令人艳羡的荒坂学院退学，并因房租到期面临流落街头的惨淡未来。

直到他从母亲的遗物中翻出一件改变他余生命运的科技造物——名为“斯安威斯坦”的军用级人造脊椎。这是一种可以极大增强植入者反应速度与运动能力的机械植入物。身为急救员的葛洛莉亚利用职务之便，从一具因植入这一强力设备而失控暴走的“赛博精神病”暴徒尸体上偷偷回收了它，并打算在黑市出手以支付儿子的昂贵学费。

大卫·马丁内斯和人造脊椎“斯安威斯坦”

但此时走投无路的大卫，做出了一个更疯狂的选择：他并未将这个全城各方势力都在追查下落的烫手山芋出手换钱，而是通过相熟的义体改造医生，直接把这件常人根本无法驾驭的危险造物植入了自己的后背。

夜之城的平凡少年大卫·马丁内斯，从此披上母亲的明黄色急救员外套，向着成为传奇的宿命踏出了无法回头的第一步。随后，初入江湖并小试身手的少年邂逅了一位有着月白色秀发的神秘女黑客——露西，并加入了她所在的城市佣兵小队，正式成为一名行走于秩序、科技与人性边缘的“赛博朋克（cyberpunk）”。作为故事女主角的露西，虽然也对身体进行了必要的战斗改造，但更精于网络电磁空间的信息攻防战和情报挖掘窃取。

而所有这些赛博“武功”的本质，都是大脑对机械设备的指令输出与反馈感知。这也是现实中的脑机接口（brain-computer interface, BCI）技术从诞生起就确立的核心目标。

自从工业革命让人类见识了机械的超人力量，渴望与机械融为一体的愿望就深植于人类心中。1960年，在冷战、太空竞赛、左翼运动等人类社会宏大实践的阴影之下，一篇短小的论文悄然发表——《赛博格和太空》（Cyborgs and Space），简洁的题目直接宣告了人机结合的“赛博格（Cyborg）”作为一个严肃科学概念的诞生。这篇论文主要讨论了人类进入宇宙后，通过外接设备适应极端环境、扩展各项机能的可能性。注意，它的发表时间甚至早于苏联进行的人类首次载人航天发射（1961年4月12日）。

作为赛博格的核心技术，通过读取人脑神经活动加以解析，最后输出数字信号操纵外接机械设备的脑机接口，自然受到了研究者和公众的一致关注。

进入70年代，一向以盛产“黑科技”著称的美国国防部先进研究项目局，联合加州大学洛杉矶分校进行了第一个现代意义的脑机接口开发项目。其主要目的，是通过分析脑电图的信号来研究人类思维活动的机制，甚至希望能进一步让饱受创伤后应激障碍（PTSD）摧残的越战老兵恢复生活能力。

显然，如今我们知道，这个项目盲目乐观了。人脑的复杂、精巧和脆弱，远非人类当前技术可以完全驾驭。

二、传奇的幕后

此岸之脑

想要了解脑机接口，就要先了解大脑。

人类的大脑由八百六十亿个神经细胞组成。其中绝大部分是主要执行支持、免疫等功能的神经胶质细胞，只有大约十分之一是负责传递与加工信息的神经元。这些神经元的造型往往“张牙舞爪”，会从平均直径约十微米的胞体上发散出细长的神经纤维，并分化为接受信息输入的“树突”和负责输出信息的“轴突”，再彼此对接形成名为“突触”的单向信息传输节点。

神经细胞

当一个神经元的树突末梢接收到上一个神经元轴突末梢分泌的兴奋性神经递质后，就会通过开关细胞膜上的离子通道，形成一个沿着树突向胞体传导的神经电信号。当树突的输入信号不断积累到某个阈值时，神经元整体就会在几乎一瞬间爆发出波峰极为高耸的电脉冲信号——“动作电位”，并以1m/s到100m/s之间的速度沿着轴突快速向下传递，最后作用于轴突末梢，向下一个神经元释放神经递质。当然，也有一些神经元即便不接受外部刺激也会主动发放信号，比如自己的轴突分出一支反接回自己的树突，形成自我刺激循环。因此，有些神经元的轴突也会释放抑制性神经递质，让这些“自说自话”的神经元暂时“闭嘴”。

简而言之，神经元就是通过这样的“化学—电—化学”信号链，完成了兴奋/抑制信号在彼此之间的传递。它们的功能本质上非常简单，就是对输入信息进行累计汇总，进入兴奋或抑制状态，并进一步调整向其他神经元的信号输出。但是，就像造型简单的大理石块可以构建起宏伟华丽的殿堂，当各种神经元以堪比九天银河的规模组织起来后，知觉、情绪、记忆、意识和理性等思维现象，就会如冰山一般从这片脑“海”中涌现。

神经生物学与认知科学，就是研究这片“灵魂之海”的学科。其中，对神经元电信号的采集读取和分析，是极为重要的研究手段。这门专注于研究神经元电信号的子学科，便是电生理学（Electrophysiology），也是脑机接口的科学基础。

彼岸之桥

大体来说，脑机接口可以根据电生理信号的采集方式，分为侵入式与非侵入式两类。

侵入式脑机接口最典型的手段就是在大脑中植入电极，主要采用金属电极。这些高硬度金属丝外侧包裹着绝缘层，只会在末端打磨出最多几微米的裸露金属尖端，就像插入大脑的微型铅笔。

早在20世纪60年代，休伯尔（D. H. Hube）与威泽尔（T. N. Wiesel）等神经科学先驱，就通过向实验动物的大脑植入金属电极，发现神经元的活动状态与特定的感官输入或行为输出高度相关。脑内神经元活动与外部事件之间的投射对应关系，就是脑机接口技术的理论基础。

侵入式脑机接口

正是基于这些初步的研究成果，美国国防部先进研究项目局才会在20世纪70年代启动人类的第一个脑机接口项目。不过，他们采用的技术是基于头皮电极的非侵入式脑机接口。相比于“电极入脑”，酷似纽扣的头皮电极虽然免去了脑外科手术与后续感染的风险，却也有明显的不足——如果说植入式电极是把话筒凑到神经元嘴边录它们的“悄悄话”，那么头皮电极就是在大商场的楼顶支个麦克风，隔着天花板听楼下众人的熙熙攘攘。虽然经过了几十年的发展与优化，头皮电极依旧只能模糊地记录大量神经元群体活动的总和，提示一些比较“大而化之”的脑活动，无法精确采集具体的神经活动。

长路漫漫

即便我们横下心来往人脑里插电极，也一样会碰到数不清的难题与挑战。

第一个问题是“带宽”不够。

仅凭单根电极，我们在运气最好的情况下，也只能记录到靠近电极裸露尖端的极少数神经元。于是，神经科学研究者与设备工程师们搬出了“简单粗暴但有效”的“排枪战术”，将电极集成为酷似长枪方阵的阵列，造出了形如“微型钉板”的神经芯片。马斯克团队研发的新一代神经芯片，已经能在4mm×4mm的方寸之间集成一千枚电极。不过，即便如此，我们能够记录到的神经元数量，相比于总数依然只是沧海一粟。研发更大规模的集成式电极阵列、提升“带宽”的道路依旧任重道远。

第二个问题是“相容性”不足。

将电极在大脑中埋置，必然会伴随排异与长期感染的风险。所以目前的侵入式脑机接口，其临床应用只局限于极少数重度瘫痪的人类被试者。在《边缘行者》中，大卫等人就需要定期注射免疫抑制剂，以解决身体对植入设备的排异反应。

为了解决这一问题，以马斯克为代表的一批工程师，造出了对大脑伤害更小的柔性电极，以及与之配套、看起来有点儿像缝纫机的专用手术机器人。这样一来，他们就可以将大量电极自由地分散植入大脑各处，再通过一块神经芯片统一收束输出。我国的李晓健等工程专家，运用纳米复合材料，开发了更具生物亲和性与安全性的电极表面涂层，让电极在脑中安全留置的时间大大延长。

植入电极之后的第三个挑战，是被试者与神经信号分析程序的长期协同训练。

不同于《边缘行者》中大卫等人对机械义体随心所欲的“即插即用”，现实中的脑机接口，记录到的神经元信号不可能是活动规律恰好完美符合预期的。所以，只有经过漫长的协同训练，人机双方才能建立起稳定的信号映射关系。

因此，在现实的科学实验中，“用脑子操作机械臂”的过程并没有看起来那么“如臂使指”。在经过信号分析与算法处理之后，被试者大脑最终输出的信息，往往只有几个指导机械臂大体动作的空间坐标与关节角度变量，剩下的具体动作大多是由操纵机械臂的电脑自己“看着办”完成的。

而像露西等赛博黑客那样直接用脑机接口向计算机输出抽象代码指令，同样是一个非常麻烦的难题。和“用脑子操作机械臂”一样，现实中“用脑子打字”的体验也非常糟糕。不过在2021年，发表于《自然》杂志的一项研究还是带来了一些突破。论文的作者们通过精确捕捉被试者运动皮层神经元的信号，同时让被试者想象自己正在书写字母，从而让他们能以近乎常人的速度向计算机输入字符，并有着99%的惊人准确率。

最后，第四个问题。

相比于能靠“勤能补拙”稍做改善的信号输出问题，“如何向大脑输入反馈信息”才是最令脑机接口研究者和研发工程师们头疼的难题。目前的植入式电极虽然可以通过尖端放电来刺激神经元，但这就像在大脑中引爆一颗微型电磁脉冲炸弹，会波及靠近电极尖端的整片神经元。此外，人类至今仍然对大脑感知各种输入信息的具体机制不甚明了，贸然刺激感觉皮层往往会产生难以预计的后果。

不过，“向山而行”从来都是人类的进取本能。2018年，我国学者唐世明就通过光遗传技术精确刺激猕猴的初级视皮层神经元，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2022年,美国医学家丹尼尔·尤索尔（Daniel Yoshor）领导的团队，更是在盲人被试者的脑中植入了电极阵列组成的视觉皮层假体，让他们在黑暗中看到了由连续呈现的视觉刺激轨迹组成的字母。在临床医疗领域，将电极深入大脑内部神经核团的“脑深部电刺激”疗法，已经被广泛用于治疗帕金森症等多种神经与精神疾病。

但是，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，更不用说向大脑精确输入带有复杂信息的人工刺激了。《边缘行者》里露西主动邀请大卫一同体验“月球漫步”的沉浸式虚拟现实——“超梦”，更是目前技术完全无从实现的神级“黑科技”，其科幻程度堪比太空歌剧类作品中的“超光速宇宙飞船”。

月球漫步

三、传奇的终点

总的来说，现有的脑机接口技术，依然与《边缘行者》等赛博朋克流派科幻故事中的未来科技有着天壤之别。现实中脑机接口的应用方向，也并非“强化能力”，而是“补足能力”。或者说，即便脑机接口技术真的有了突破性发展，也更有可能类似《机动战士高达：水星的魔女》那样，超脱单纯强化个人武力的境界，转而回归《赛博格和太空》时的初心，全面补正人类面对各种生存环境的适应力。

确实，正如《边缘行者》中大卫、曼恩和瑞贝卡等赛博朋克演绎的那样，内置榴弹炮、螳螂刀等“大杀器”的机械义体完全可以让使用者战力倍增，甚至单纯作为铁甲钢拳都足以让使用者化身“一拳超人”。但是，倘若一根机械手臂就可以打出堪比坦克主炮的重拳，那么同等技术基础上制造的坦克，又将会强大到什么地步？在工程技术面前，只要技术水平本身没有代差，设备的性能就必然受制于平台的尺寸和重量。大卫装备“义体金刚”后如狂风扫落叶般以一当百的情况，其实很难发生在现实的工程学环境中。

机械义体

在设定更加贴近现实的《赛博英雄传》中，通过机械义体堆砌单兵战斗力，仅仅是侠义力量作为“奋臂螳螂”反抗暴政统治者的无奈之举。倘若没有这种极端作战环境限制，那么如《星界纹章》中的亚维人那样，以脑机接口直接操纵星海巨舰，才是单纯考虑斗兽棋式战斗力时顶级的“赛博强者”。

此外，脑机接口的存在，同样为大脑打开了一扇接受外部电子信号输入的大门。如同《边缘行者》中露西屡次利用脑机接口直接把对手“烤脑花”一样，脑机接口的应用必然伴随极大的安全风险。因此即便技术进一步发展，脑机接口的应用也必须受极其严格的临床规范和法律法规约束，否则完全可能酿成类似“赛博精神病”这样的大祸。

平心而论，现实中的脑机接口依然有太多的技术与伦理难关要克服，甚至可能到最后根本不是一条有前景的技术路线。但对于那些灵魂被自身机体损伤禁锢的被试者来说，脑机接口技术为他们打开的每一道心灵窗口，都能为他们释放“潜水钟里的蝴蝶”。

科学与技术，正是因为不讲浪漫，才会在取得进步时，显得最为浪漫。

【责任编辑 ：竹 子】