本
文
摘
要
出生于巴西的米格尔·尼科莱利斯在2004年被《科学美国人》杂志评为全球最具影响力的20位科学家之一，而他现在是美国杜克大学神经工程中心“尼科莱利斯实验室”的负责人和首席研究员。该实验室以“猕猴意识控制机械臂”的试验而著称，试验成功将猕猴的大脑意识和电脑信号完成联接，因此也被称为“脑机接口研究”。
目前“脑机接口研究”成果已经在人体成功应用，可让大脑控制机器，使得残疾人用另一种方式获得行动能力。在2014年巴西世界杯的首场比赛中，一位截瘫青年身穿学名为“外骨骼”的“机械战甲”为彼届世界杯开出第一球，正是尼科莱利斯“重新行走项目”研究成果的一次展示。
在《脑机穿越：脑机接口改变人类未来》一书中，尼科莱利斯提出了关于大脑的10个原则、2个假设和2种限制：
原则1：神经生理学不确定原则
如果不明确某个特定时刻，我们便不能定义某个神经元感受野的空间域。换句话说，神经元放电的时间域与空间域是紧密联系在一起的，它们共同定义了神经元的时空连续体。
原则2：异步会聚原则
单个神经元的感受野以及嵌入在脑区中的“地图”，由无数其他神经元所产生的上行影响、本地影响以及下行影响的异步时空会聚所定义。在单一的时空连续体中，只有将神经元的空间域与时间域结合起来，才能恰当地定义感受野及地图。
原则3：分布编码原则
大脑对任何类型的信息的加工都要征召分布广泛的神经元集群。
原则4：单个神经元不足原则
成为特定参数的单个神经元无论调谐得多好，它的放电率都不足维持皮层所酝酿的某种功能或行为。由于多数单个神经元的贡献会时刻发生显著改变，因此它们缺乏统计上的可靠性。这意味着，脑机接口无法在长时间里仅仅基于单个神经元的放电率，就能保持始终如一的运作。而且，思维的基本功能单位也不会是单个神经元，而应该是神经元集群。
原则5：神经元多任务处理原则
单个皮层神经元及它们可能的放电能够同时参与多种功能的神经元集群。这意味着，单个神经元所产生的峰电位能够被不同的神经元集群用来编码多种功能参数和行为参数。因此，即使在某一时刻，单个神经元或许会更明显地与某个运动参数或感觉参数调谐，但它的快速放电会同时参与另一个神经元子集执行的不同参数的编码。神经元多任务处理原则预测，整个大脑皮层能够展示出跨形态的感觉反应，而单个神经元能够编码多种运动参数或者其他更高层的认知参数。
原则6：神经简并原则
某一特定的大脑结果，无论是运动行为、知觉体验，甚至是复杂行为，比如唱歌或解方程，都可以由种类繁多的、不同的神经元时空活动模式产生。
原则7：可塑性原则
皮层神经元所创造的有关世界的表征并非固定不变的，而是不稳定的。在人的一生中，根据新经验、新的自我模式、外部世界的新 *** 以及新同化工具等的不同，这一表征会不断调整自己。
原则8：背景原则
对于传入的 *** 或对产生某种动作行为的需要，大脑皮层会作为一个整体来进行应答，其反应取决于当时大脑整体的内在状态。也就是说，为产生某种行为，不断变化的大脑动态对于确定最佳解决方案至关重要。
原则9：神经元集群放电保存原则
神经元集群的放电不仅有最大值的限制，而且整个集群的放电率趋向于一个固定值。其放电率在平均值周围徘徊，因为各种补偿机制创建了一种稳定的平衡状态。如果单个或多个皮层神经元瞬间增大它们的放电率，那么集群中其他神经元很快会产生一个相等的镜像减量，这样大脑整体的能量预算便能长期保持恒定。
原则10：神经元规模效应原则
当皮层神经元集群的大小超过一定数量时，神经元集群所携带的信息量就会趋近于它的最大信息容量。源于大量神经元集群的预测，在统计上的差异会大幅度减少，这就体现出了规模效应。神经元规模效应原则是解释单个神经元放电非常高的差异性如何最终被消除的一种可能方法。单个神经元的贡献被平均分散到大的神经元集群中，这样，单个神经元便在执行某种行为的过程中与神经元集群发生了某种功能上的联系。
假设1：相对性大脑假设
当用新方法获得有关周围世界的统计信息时，被试的大脑倾向于同化这些统计信息以及用以收集这些信息的感官或工具。大脑因此会产生一个有关世界的新模式、对被试身体的新 *** ，以及定义个体对现实的知觉和自我感的一套新边界或新限制。在被试的整个生命中，这种新的大脑模式还会继续接受检验和重塑。由于大脑消耗的总能量以及神经元放电的最大速度都固定不变，因此就这些限制而言，我们必须将神经元的空间与时间视为相对的。
假设2：神经元时空连续体假设
从生理学的观点来看，这一假设与20世纪皮层神经解剖学的经典原则正好相反。皮层区域间并不存在绝对的或固定的空间界限，这些界限决定或限制了大脑皮层的功能性活动。相反，我们应该把大脑皮层设想为一个强大但有限的神经元时空连续体。在这个连续体中，被“征用”的神经元时空部分基于一系列的限制，被分别配置给一些功能和行为，或者产生了这些功能和行为。这些限制包括物种的进化史、基因及早期发展所决定的大脑布局、大脑内在的动态状态、其他身体局限、任务背景、大脑可以使用的能量总数以及神经元放电的最大速度。
固定能量预算限制、身体限制
大脑在某个时刻只会产生有限数量的动作电位，以表征特定类型的信息。还存在许多其他类似的生物限制因素。这意味着，尽管大脑实现了很了不起的功绩，但人类大脑在能够做什么以及怎么做的方式上，都存在着特定的局限。这些局限定义了大脑能够加工的原始信息的类型和数量，以及能够产生的思维、逻辑及行为的多样性。在这种背景中，与绝对真理相反的观念，比如海森堡的不确定性原理，以及哥德尔的不完全定理所引发的类似观点，也许主要指的是人类大脑存在着无法逾越的界限，这是灵长类头脑永远无法理解的领域。
