「三人一腦」：科學家首次將三個人的大腦連在一起玩俄羅斯方塊

互聯網縮短了人與人之間的距離，讓世界成為「地球村」，來自不同國家、民族、文化的人可以通過網路，跨越空間的界限交換信息，協同合作。

而今，一群瘋狂的科學家們希望更進一步，而且是以更科幻的方式：建立「腦聯網」（Brainnet），即連接每個人的大腦，建立以人腦為基礎的「社交網路」，使人們即使不說話、不見面，就能完成「意念交流」。

而今，來自美國華盛頓大學（University of Washington）和卡耐基梅隆大學（Carnegie Mellon University）的研究學者就成功邁出了最初的一步，他們首次成功地建立了多人腦對腦介面（brain-to-brain interface, BBI）合作系統，通過腦電圖（EEG）和經顱磁刺激（TMS）結合工作，使三名受試者在彼此沒有對話的情況下，通過分享意念，成功合作完成俄羅斯方塊的遊戲，平均準確率高達 81.25%，且整個受試過程是無侵入性無損傷的。

圖 |「腦腦介面」研究預印本最近在 arXiv 網站公布（來源：arXiv）

當然，腦對腦介面的意義遠非只是單純提供了一種新的社交方式，實際上「腦聯網」還可以幫助我們更多的了解關於人類大腦在更深層次上如何運作的信息。

「如果可以將腦對腦介面的伺服器與互聯網相結合，那麼世界範圍內任何接入網路的設備或成員都可以獲取或分享信息，」本文的研究者之一，來自華盛頓大學的 Andrea Stocco 介紹到，「世界範圍內『腦聯網』的實現不僅可以開闢交流和合作的新領域，更能幫助人類更深入的了解大腦運作。」

圖丨華盛頓大學的研究人員 Rajesh Rao（左）和Andrew Stocco（右）曾經演示過「腦腦介面」實驗 （華盛頓大學）

該研究的具體細節以預印本的形式於 9 月 23 日發布在 arXiv.org 上。值得注意的是，本次文章的第一作者是來自中國的留學生薑麟星，他剛剛在華盛頓大學本科畢業，現在開始攻讀碩士。

「三人一腦」

小時候我們都玩過「兩人三足」的遊戲，這是一個考驗多人協調合作的遊戲，而我們今天所介紹的研究內容可謂與之異曲同工，三人「一腦」，即三個人各自承擔大腦功能的一部分，最終共同完成任務。不同的是，用以評估的媒介是另一款經典遊戲——俄羅斯方塊。

（來源：維基百科）

在這個遊戲中，操作者需要旋轉調整隨機出現圖形的角度，使其落下時成功排滿底部，這樣排滿的一行就會被自動消除。

研究者將這個判斷、執行的過程硬生生的拆分為兩部分，並由三個人（三顆人腦）合作完成。其中兩個人（感受指令者）可以看到完整的遊戲界面並作出指令，而另外一個人（接受操作者）則通過合作者給出的指令進行操作。

對此，姜麟星表示：「方塊在腦信息提取和傳送的過程中是不下降的。信息發送者有最多 15 秒時間做出決定。」

該項研究共招募了 15 名 18-35 歲的受試者，其中 8 名為女性，他們每 3 人分為一組，最終 5 組實驗的平均準確率高達 81%。這裡準確率是指，操作者接受的信號與感受者發出的指令吻合的比例。

在研究中，三個人彼此看不見，且並沒有語言溝通，所依賴的只有基於腦電圖（EEG）和經顱磁刺激（TMS）的腦機介面平台。在實驗中，只有感受者會在屏幕上看到隨機出現的圖形以及底部的圖形排列，而操作者無法看到屏幕底部，因而不能判斷圖形是否需要旋轉。

兩名感受者可以根據是否需要旋轉圖形而選擇緊盯屏幕左右兩側不同的發光二極體，用以向操作者發出指令。這兩個發光二極體分別以不同的頻率閃爍：頻率為 17 赫茲的代表「是」，頻率為 15 赫茲的則代表「否」。

圖 | 實驗設計示意圖（來源：arXiv）

隨後，連接於感受者頭部的 EEG 電極會捕捉這個決策信號（腦電衝），並將其解碼，最終通過經顱磁刺激 TMS 帽子將該信息傳遞到第三人的大腦枕葉皮質區。如果傳遞的信息是「是」，那麼操作者將會形成閃光樣的幻視，並可以依照此信息執行感受者發出的指令，完成遊戲，如果是「否」，則沒有幻視出現。

而操作者接受到來自兩個感受者的數據後，可以選擇執行動作。感受者可以看到操作者是否已經做出了正確的選擇，而在下一輪通信中發送下一個動作。這就實現了遊戲的下一輪互動。

不僅如此，研究中還提到，研究者刻意添加干擾，將其中一個感受者的決策準確性降低。而實驗結果表明，操作者總能從兩個感受者中區分出「好」和「壞」，並作出正確的決策。這意味著在未來繁雜的「腦聯網」中，人腦具有成功篩選有效信息的潛力。

圖 | 一個腦機介面的原型機（來源：MIT Technology Review）

對於決策的細節，姜麟星對 DT 君說：「在一次信號交流中，來自不同的感受者的信號總是以相同的順序被發送到操作者。（比如先感受者 1，再感受者 2，在同一信號交流內的所有嘗試，順序不變）。」

研究人員也表示，「基於雲的腦腦介面伺服器可以指導網路上任何設備之間的信息傳輸，並且這些傳輸可以通過互聯網在全球範圍運行，因此這將允許全球大腦之間的雲交互。」

通感

事實上，這並非是該團隊的第一次亮相。

2015 年，Andrea Stocco 就曾帶領團隊通過腦電圖 EEG 和經顱磁刺激 TMS 使人類完成了通過意念的「通感」。在實驗中，研究人員將兩個受試者通過相同的設備連接，並要求其回答 20 個問題，同樣使用幻視的閃光傳遞信息，選擇「是」與「否」的答案。

圖丨研究人員在2015年的實驗中曾使用過的設備，包括 EEG 帽、EEG 電極、電纜、控制盒和信號放大器（來源：Smithsonian.com）

除了腦對腦介面，腦機介面（Brain Computer Interface , BCI）在近年來也得到了迅猛的發展。腦機介面是指在人或者動物腦部與外部設備間創建的直接連接通路，分為單項腦機介面和雙向腦機介面，用來完成腦與設備之間的信息交換，從入侵方式來看又可分為侵入式腦機介面、部分侵入式腦機介面以及非侵入式腦機介面。

人工耳蝸可以算得上是最常見的腦機介面，早在 1961 年，醫生和發明家威廉·豪斯（William F. House）測試了第一個人工耳蝸，他通過將聲音頻率轉化為不同部位的電流刺激，使患者重新獲得「聽覺」。

進入 21 世紀，腦機介面的發展更是勢如破竹。

2004 年，由布朗大學（brown university）研發的 BrainGate 系統被植入 13 名癱瘓者的腦中，植入大腦皮層中的電極可以檢測受試者的大腦意識，並通過體外解碼，轉化成為電信號進而控制肢體行為，使癱瘓患者可以自行進食，甚至活動肢體。

不僅僅是控制自身四肢，腦機介面更是幫助殘障患者化身「機甲戰士」。2014 年的巴西世界盃開幕式上，一名癱瘓少年身著機械鎧甲、通過意念控制機器人外骨骼「機械戰甲」為世界盃開幕式開球。

圖 | 2014 年巴西世界盃用到的「機甲外骨骼」（來源：NIH Director"s Blog）

值得一提的是，這次介紹的研究是完全無侵入性的，對於受試者並沒有任何傷害。同時，參與的人數也並沒有限制，只要有足夠的 EEG 和 TMS 設備，就可以真正的實現「腦聯網」。

儘管目前該系統傳輸信息的速度緩慢且並不完全可靠，一次也只能傳輸 1 比特的數據，而且與「意念控制」相關的倫理問題學界仍存疑，但華盛頓大學和卡內基梅隆大學的研究人員認為，未來這種系統還可以完善與擴展。

姜麟星對 DT 君說：「現如今的腦對腦介面極大地受限於信息傳送效率（現在每次信息傳送量為 1 比特），這也是下一步我們希望解決的問題。腦對腦交流也為因脊椎損傷而無法移動或因腦損傷而喪失語言能力的人一種新的交流可能性，因為腦電波可能是他們唯一的可以用於交流的方式。」未來該團隊將會開發其他工具如 fMRI 用於更深層的信息接收與傳遞。

儘管目前的研究只是「腦聯網」的開端，但該研究完成了首個基於人腦的「社交網路」的建立，這一構想對於未來的信息交互及協同合作、集萬眾智力共同解決問題都具有深遠的意義。甚至對於一些殘障人士，如盲人，未來極有可能可以通過「腦聯網」，從別人的意識中獲得視覺，分享五彩繽紛的世界。

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