Degrees of Freedom by Raffi Khatchadourian
在我们的生活中，大部分任务都依靠手臂完成。你知道你的手臂可以做出多少种不同的动作吗？把从肩膀到指尖的所有关节包含在内，一只手臂可以做出30种动作。每一种动作被称为一个“自由度（degree of freedom）”。
现在，美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency）制造了一条造价50万美元的机械手臂。这条手臂由碳纤维制成，只有9磅重，拥有26个自由度，已经相当接近人类手臂了。
美国国防部高级研究计划局是美国军方专门研究可供军用高科技技术的机构。他们制造这条机械手臂，是为了研究让人类大脑直接控制机械，甚至是机器人的技术。
人脑是如何控制身体运动的呢？1870年，两位德国研究者通过刺激狗的大脑，发现了与躯体运动相关的运动皮质区（motor cortex）。这块狭长的区域从头顶伸向两侧耳朵，就像分成两半的发箍一样。
那么，运动皮质区究竟是如何工作的呢？1980年代，美国神经学家Apostolos Georgopoulos提出了一个观点。他把这块区域比作机场的飞行调度室。它负责画出肢体运动的“航线”，然后将具体指挥每块肌肉运动的工作下放给其它神经系统完成。
匹兹堡大学的神经科学家Andrew Schwartz在Georgopoulos的基础上继续研究运动皮质区的奥秘。他发现，运动皮质区里的神经元不仅可以为肢体指示方向，还能控制运动速度。虽然每一个神经元只能传达一个最简单的信号——“亮”或不“亮”，但配合其它，它们的信号里同时包含方向和速度这两种信息。
Schwartz以自己的理论为基础，与美国国防部高级研究计划局合作，开始了在瘫痪者大脑上植入微传感器控制机械手臂运动的实验。他的第一个实验对象是患上了小脑萎缩症，已全身瘫痪十八年的Jan Scheuermann。
Jan的头骨被打开，安装上了名叫Utah的传感装置。这个装置由4毫米见方的小电极组成，每一个大概跟你看到的这篇文章中的一个字差不多大。电极一共有96个，由96根金线连在一起。Utah安装完毕后，Jan的脑袋上多了两个小小的圆柱形基座，那是她的大脑与机械手臂沟通的渠道。
Utah孜孜不倦地记录着Jan大脑运动皮质区中神经元的活动，记录速度达到每秒3万次。通过圆柱形基座，这些信息传送给了实验室的主控电脑，从而控制机械手臂运动。电脑也会进行辅助，避免手臂失控。
Jan需要做的就是“想象”，她得在脑中模拟自己手臂的活动，来操纵机械手臂做出相应动作。实验进行一个月，她可以操纵机械手臂的手指握，拧和抓。两个月，电脑辅助停止了，机械手臂完全由Jan的大脑做主。三个月，Jan可以使用机械手臂达到7个自由度，比如开合手掌，拧动手腕。六个月，Jan第一次尝试用机械手臂喂自己吃了一块巧克力。
当Jan可以熟练操纵机械手臂后，她迎来了一个新任务，那就是用这条手臂开飞机！当然这不是真的飞机，而是训练飞行员的模拟操纵系统，Jan操纵着机械手臂的手腕左右上下推拉摇移，完成飞行。她开着模拟飞机掠过了埃菲尔铁塔和埃及金字塔上空。瘫痪在床十几年的Jan终于感到，自己拜托了沉重的躯体，似乎真的在云端飞翔。
大脑操纵机械手臂开飞机这事儿自然得到了军方的重视。想想看，如果飞行员可以用大脑开飞机，他们就可以在更安全的环境下，做出许多现在的飞行员无法完成的动作。军方的终极梦想不止于此。他们希望一位飞行员能用大脑操纵不只一架飞机。在未来，每一位飞行员都是一个飞行纵队的队长。
现在，军方正在进行一个叫“心灵飞行（Mind Flight）”的项目。他们将Utah装置安装在人的左右大脑半球上，来实验是否能更好的操纵无人机飞行。
不过，匹兹堡大学更希望实验聚焦在帮助瘫痪者重归正常生活上，他们与军方分道扬镳，开始了新的研究。下一步研究的目的是让瘫痪者不仅能操控机械手臂活动，还能通过手臂感知外界。
继Jan之后的第二位实验者是Nathan Copeland，他的头上多了两个Utan装置，安装在他的躯体感觉皮质区（somatosensory cortex）。机械手臂指尖的感应器可以将触觉由此传达给Nathan的大脑。
虽然和人类自身的感知比起来，这样的感应器还太初级，但Nathan确实有了感觉。不过，他说这种感觉与之前体验过的任何触觉都不一样。有时候，它像是皮肤上的轻轻压力，有时候，这种压力又像是从骨头内部传来。Nathan试图找出各种词语来描述他的各种感觉：“闪烁（sparkly）、快速轻敲（rapid-tappy）、嗡嗡钻（drilly-buzzy）”。
这篇文章看得我浑身起了鸡皮疙瘩。如果有一天，大脑可以自如操纵各种机械，那么我们或许真的可以脱离肉身，完成现在我们做不到的事情。如果有一天，我们可以用机械来看，来听，来感受，我们或许可以经历比现在丰富的多，丰富到现在的我们无法想象的生活。
我也非常喜欢文章中的一句话：“You are more than the body you live in（你不仅仅是你栖身其中的那具肉体）”。虽然一般人不会有大脑传感器和机械手臂这样科幻的装置，但我相信这句话对每个人都适用。相信自己不仅仅只是这具肉体，心灵或许会带我们去到更远更美的地方。
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