什么是大脑的可塑性

了解大脑的基本结构之后最关键的突破，是神经科学家开始重新理解大脑的可塑性。在这个过程中，我们才知道，脑机接口真的可以用来“改造”人类。

什么是大脑可塑性呢？

我先问你一个问题：如果你是个驾驶经验丰富的老司机，你有没有体验过“人车合一”的感觉呢？

所谓“人车合一”，就是你开车的时候，对外界的感觉从自己的身体扩展到了汽车的车体，你不用看，就知道车离“马路牙子”有多远。

你可能觉得，这不就是长期练习以后，形成的肌肉记忆嘛！在神经学家看来，这种感觉没有这么简单。类似于“车感”的这种现象和大脑的可塑性有关，这种可塑性的概念很宽泛，这里指的是大脑能重新定义身体的边界。

大脑定义身体边界这个概念，和我们的常识非常不同。一般我们认为，你自己身体的物理边界是不会改变的，这是因为你的身体就像是一个传感器。大脑做决策的时候，要先接收到身体传过来的信号，然后根据这些信号进行判断，再给身体发指令。这就像一个军队指挥官，要先听一听侦察兵带回来的消息，再下达作战命令。

这么说有点抽象，我来举个例子吧：你准备喝咖啡，如果温度合适，你会直接端起来喝掉。这个简单过程的背后，有一整套大脑和“侦察兵”互动的“神经回路”。

这个“神经回路”的模型大概是这样的：手上的感觉细胞感受到了咖啡的温度，这个信息就通过身体里的神经网络，传递给了大脑皮层，大脑皮层判断，这是你喜欢的温度，那么大脑就把信号再传递给手的肌肉细胞，命令手端起这杯咖啡。

但是，所有的情况都是这样的吗？大脑这个指挥官，是不是时时刻刻都得听侦察兵的呢？

我们来看一个“幻肢”的例子。现实生活中，有些人不幸被截肢，比如失去了一只手，但他总觉得那只手还在，这个实际不存在的手被称为“幻肢”。而且幻肢还常常会有剧烈的疼痛感，或者是僵硬的感觉，这种感觉被称之为“幻肢痛”。

如果按照刚才说的“神经回路”模型来看，那幻肢痛就太奇怪了。手这个侦察兵都不存在了，是谁给大脑提供的反馈呢？这么看，幻肢痛就是一个谜。

这个谜困扰了科学家很久，直到有一个著名的神经科学家拉玛钱徳朗（V.S.Ramachandran）找到了解决方法。他竟然用一个简单的“镜箱”设备，就把幻肢痛给治好了。

镜箱，就是一面镜子和一个纸箱的组合。它的原理很简单，就是病人（实验选择一位仅失去一只手的病人）把健全的那只手伸进箱子里，通过镜子的反射，可以看到两只“手”，他把那只健全的手的镜像当作了自己失去的手。病人活动那只健全的手，会以为在活动幻肢。一段时间之后，疼痛感居然就减轻了。

那为什么这么简单的一个设备，能解决困扰科学家多年的难题呢？

拉玛钱德朗认为，幻肢现象是因为失去的手仍然被大脑定义在身体的边界之内。具体来说，这是由于大脑已经有了对身体的全局洞察。它自己会对身体有个预判，认为还能指挥这只手，但手却没法给大脑反馈。所以，当大脑频繁指挥，比如说让手活动，手却一动不动的时候，大脑就觉得，这只手瘫痪了，于是就有了疼痛或者僵硬的感觉。

镜箱所做的，其实就是用错觉告诉大脑：“看！你的手就在这里，你能指挥它。”那么之前感到的痛感，通过活动这个幻肢，逐渐就消退了。

神经科学家就这样解开了幻肢的第一个“谜”。不过我要说的是，这个“谜”的解答并不是一个终点，而是脑机接口的起点。

它给我们这些做脑机接口的科学家，提出了一个很真实的问题，那就是：既然大脑可以修改身体的边界，那机器能不能被囊括进这个边界呢？

要回答这个问题，我们其实需要解开另外一个“谜”。那就是，当身体边界发生改变的时候，在大脑里究竟发生了什么呢？

还是幻肢的例子，给了我们启发。拉玛钱德朗发现，幻肢病人的大脑，的确发生了一些真实的改变，他们的大脑皮层进行了重组。

你一定知道，大脑皮层就相当于人的中央处理器。日常生活中我们大部分行为和复杂的认知，比如说思考、说话、视听、运动，甚至是你的性格，都跟大脑皮层有关。想到大脑的时候，你眼前会浮现出那个很多褶皱和沟壑的大脑形态，其实那就是大脑皮层的样子。

一般来说，大脑皮层上的区域，跟身体的感觉、运动，是有比较明确的对应关系的。比如，指挥手部运动有一个专门的脑区，指挥脸部运动的又是一个不同的脑区。

可是拉玛钱德朗在研究幻肢的时候却发现，他刺激病人的面部神经，竟然让病人感受到，自己的幻肢有“被刺激”的感觉。

用脑磁图的技术观测，他们发现，在病人的大脑里面，幻肢原来对应的脑区已经不活跃了，但是刺激脸的时候，那部分脑区又被激活了。换句话说，面部的脑区，已经霸占了幻肢原来对应的脑区。

镜箱训练之所以能有效，就是因为让大脑纠正了这个“错误”的大脑皮层和身体的对应关系。待大脑皮层和身体恢复了原来的指挥关系以后，幻肢疼痛感也随之消失了。

回到我们最初所说的大脑和身体的关系问题，幻肢的例子让我们看到，大脑并不是时刻都要依赖身体这个侦察兵。大脑这位指挥官，对身体有一个全局的洞察，有它自己关于身体边界的模型。

不过，大脑的全局洞察是可以被重塑的，皮层的重组，就是大脑可塑性的一种体现。

那么这种大脑可塑性，就给脑机接口又提出了一个问题：既然我们用“镜箱”这么简单的设备，经过长期的练习都能引导大脑皮层重组，那有没有可能，我们借助更复杂的机器，主动刺激大脑，让皮层重组更高效地发生呢？

我比较熟悉的一个脑机接口产品，叫大脑港（BrainPort），就是这么做的。这是美国一家生物医疗器械公司Wicab开发的。他们能用一种小仪器，让盲人用舌头“看到”世界。这个小仪器的关键部件是个电极芯片，像“棒棒糖”一样能含在嘴里；还有一副能采集图像的眼镜，眼镜会收集图像信号，比如形状、大小、深度、角度。这些信号被转化为不同的电刺激信号，通过芯片刺激盲人的舌头，从而让他们感知图像内容。

随着训练的增多，舌头的感觉皮层会侵占视觉皮层，舌头就会变得更加敏锐，能辨别更清晰的图像。这项技术是美国的“感觉替代之父”巴赫里塔（Paul Bach-y-Rita）教授的实验室做出来的。