前言　大脑，真正的万物创造者

2007年，当我的祖国巴西正式成为2014年国际足联世界杯（下文简称世界杯）的主办国时，我萌生了一个想法：向全世界观众介绍现代脑科学研究的前沿技术，并展示这项技术在改善人类生活方面的巨大作用。经过5年的筹备，我希望将一段科学演示放到世界杯开幕式的舞台上。我想借此告诉所有人，一个“奇迹”正逐渐变得触手可及。全世界有数百万因严重脊髓损伤而瘫痪的患者，随着科技的发展和对人脑基本运作方式的新的重大认知，神经科学家们离一个伟大的目标越来越近了，那就是帮助这些患者重获行动能力。

在我设计的这段演示中，一位因脊髓损伤导致胸部以下完全瘫痪的巴西年轻人将为世界杯开出第一球。开幕式负责人听到这个宛如天方夜谭的计划后，当即问出了每个人都会提出的问题：“可是，截瘫的人怎么踢出这一脚呢？”我的回答让他更加困惑了：“通过大脑直接控制的下肢机械外骨骼。”我不慌不忙地说。

出人意料的是，主办方竟同意了我的设想。

现在，难题到了我手上：我需要将它变为现实。

为此，我筹建了一个非营利性国际科学联盟：“重新行走项目”（Walk Again Project）。在短短几个月内，几十名来自25个国家的工程师、神经科学家、机器人和计算机专家、物理治疗师、康复护理师和技术人员加入了这个项目。接下来的18个月是我人生中最疯狂的一段时光，对这个项目中的其他人来说可能也是如此。2013年11月，8名来自巴西的患者报名成为重新行走项目的志愿者，这是一群虽瘫痪在床，但心怀信念、意志顽强的人。此后的6个月，他们每天都按照一套独特的流程进行训练：最开始时，他们需要想象自己移动双腿，如常行走。这个过程被称作运动想象。在之后的训练中，脑机接口仪器将记录他们的脑电活动并进行解码，得到的信息将被传输到下肢机械外骨骼。给患肢套上外骨骼，志愿者便可以通过运动想象，用意念控制自己的“机械腿”。

这一天终于来了。2014年6月12日下午3点33分，在这个凉爽的南半球冬日下午，朱利亚诺·平托（Juliano Pinto）（见图0-1）努力挺直了躯干。他是重新行走项目的志愿者之一，在一个崭新的机械座舱的支撑下，紧张地站在这片平整的绿草地的一角。此时的球场上有6.5万名观众，而屏幕前有12亿世界各地的观众。平托在他们的注视下，静静地等待创造历史的时刻降临。

在这个决定命运的冬日下午，我和24名重新行走项目的成员就站在平托身后1米远的地方。象征着“吹响世界杯号角”的足球已经放在了他的右脚前。为了让世界看清平托身上的外骨骼是怎样运作的，我们在他身上贴了两条LED灯带，从头盔连接到机械腿的底端。当外骨骼启动时，灯带将一闪一闪地发出耀眼的蓝光。

我们准备好了！

平托已在轮椅上生活了近10年，他心中所有无处倾泻的能量、无从排解的痛苦和无法触碰的希望也已经积攒了10年之久，而它们将在这一瞬间随着他右腿的运动全部释放。仅仅6个月前，平托做梦也想不到自己这辈子还能完成这个简单的动作。在他的大脑产生包含着运动指令的电信号后，连接外骨骼的计算机将他的想法翻译成机械腿的运动序列。在那一刻，从头盔开始沿着整条机械腿一直延伸至脚踝的LED灯带闪烁的蓝光快速变换为绿光和黄光。

时间仿佛停止了。在这令人难以忘怀的1秒钟之内，在平托的身体和外骨骼的平衡系统的共同作用下，他的身体重心移动到了左脚上。然后，在机械金属外壳的轻轻带动下，他抬起右腿，摆出了纯正巴西式脚法的架势。抬到最高点时，平托的身体微微前倾，做好了全部准备，即将踢出这有史以来最令人难以置信的一脚。

接着，随着平托的右脚撞击足球，足球轻柔地从边缘滚落到红木平台。他正站在这个平台上，像10年前那样挺拔地站着。他发出了响亮的、来自内心深处的呐喊，这是一声用无数汗水换来的呐喊。平托攥紧了拳头，在巴西灰色的天空下挥舞着，肆意庆祝着他的“进球”。这时才回过神来的我们感到无比震撼，一件了不起的事情刚刚发生了！我们跑向平托，将他团团抱住。这恐怕是世界杯史上参与庆祝的博士人数最多的一次了。在拥抱和亲吻中，我们的泪水与平托的泪水交织在一起，他高声喊道：“我感觉到了球！我感觉到了球！”这个简单的句子深刻地概括了刚才发生的一切。

更多的惊喜还在前方。根据重新行走项目的临床方案，患者需要定期进行神经检查。这一开始仅仅是出于学术探究的目的，毕竟这些患者已经瘫痪多年，且受伤部位以下的身体失去了全部知觉。这些年中，患者们的临床状态不曾发生变化，因此，我们预计神经检查中也不会出现不一样的结果。然而有一天，一名女性患者告诉我们的物理治疗师，她在海边度周末时，她的双腿14年来竟第一次感受到了阳光的炽热。我们开始怀疑有一些不同寻常的事情正在发生。

美国脊髓损伤协会制定了一套用于评估脊髓损伤级别的标准。项目开始时，我们的8位患者中有7位被评为A级，这意味着他们在损伤部位以下的身体完全瘫痪，并失去了所有触觉敏感性。有1位患者被评为B级，意味着尽管他的损伤部位以下也完全瘫痪，但仍保留了一部分感官功能。

到2014年8月时，收集到的数据让我们难以置信。经过8个月的训练，8位患者表现出明显的临床体征改善迹象：他们的双腿正在重新获得主动运动控制能力和触觉感受，同时他们对肠道和膀胱的控制能力也有了提升。

这些结果让我们非常惊喜，但是为了排除短暂临床波动的可能性，我们在3个月后重复了这一整套神经检查。2015年初，我们再次得到了令人难以置信的数据。所有患者都在稳定的临床康复中，而且他们的运动、感官和内脏功能都得到了进一步改善。他们重新获得了主动收缩臀部和腿部多处肌肉的能力，并且至少有3名患者在被悬吊起来时，能进行自主的腿部复合运动。其中1名患者甚至真正实现了在双腿悬空时重新“行走”。

与此同时，我们将患者身体敏感度测试结果进行平均后，发现他们对疼痛更加敏感了。在脊髓损伤部位以下的多个身体部位，患者区分不同触觉刺激的能力都有所提高。他们对压力和震动的辨别能力也有了大幅提升。

2015年末，项目接近尾声，7名患者（另外1名患者在2014年底退出了）都获得了前所未有的神经康复，他们因此被重新进行了评级，并且全部被认定为C级，这说明他们现在仅仅是部分瘫痪了！平托就是一个极好的证明：现在，他的脚部有了基本的触觉。

这并不是终点。到了2016年，包括平托在内的2名患者开始使用非侵入式功能性电刺激作为神经修复工具，即通过皮肤表面的微小电流帮助提高肌肉收缩能力。在加入重新行走项目之前，由于损伤太过严重，这样的刺激对他们不起作用。现在，在辅助仪器的帮助下，他们可以在承受自身体重30%～40%的情况下，重新开始行走。截至2017年底，他们像这样利用简易的辅助仪器已经行走了接近5 000步。

通过进一步的临床分析，我们发现该项目中的女性患者重新感受到了腹部收缩，这说明她们的月经可能正逐步恢复正常。其中一名女性的内脏功能和会阴部触觉有了非常显著的恢复，她因此决定再次尝试怀孕。9个月后，她在临盆时感受到了宫缩的如期而至，并成功生下了一名健康的男婴。

除了这些出人意料的部分临床康复案例，我们还发现，神经修复方案使患者重塑了对自我的认知。在他们的大脑中，机械外骨骼已经与躯体同化，真正成为身体的一部分！

这引出了一个重要的问题：这一切源于怎样的机制或是怎样的大脑属性呢？是什么在以如此颠覆性的方式重塑患者的自我？它又是怎样触发如此显著、前所未有的神经系统修复的呢？

或许很多人会认为，平托在那个下午踢出的一脚球是赛博格式半机械人时代的终极宣传海报，或是对宣扬技术“增强”人体的超人类主义的认可。然而，我对此有完全不同的解读。在大家赞叹人类与机器的无缝融合时，我却观察到了人类的大脑又一次展示着它的力量，这是一种无与伦比的、鼓舞人心的自适应能力。在人类发展的历史长河中，每当世界为我们呈现一种崭新的可能性时，大脑便会释放这股力量，迎接挑战。

我希望充分证明这一种诠释。同时，我想要论证我的一个观点，那就是人类大脑是一种强大的有机计算机装置，如今还没有一种人类制造的机器能出其右，哪怕是其中最成功、应用最广泛的数字计算机。于是，我很快意识到现代神经科学需要一种全新的理论，从而回答这一问题：经过几百万年的进化，人类大脑如何成为真正的万物创造者？