埃德·博伊登是麻省理工学院媒体实验室合成神经生物学研究组的负责人。他与未来学家兼风险投资人胡安·恩里克斯就大脑与光遗传学（一种用于深入理解失明和帕金森病的技术）展开了深入对话。
胡安·恩里克斯：埃德，当奥巴马启动他的重大”脑计划”时，神经科学和神经生物学领域中有一批德高望重的老前辈。你当时是怎么参与其中的？
埃德·博伊登：我骨子里始终是个哲学家，一直试图理解诸如动机、我们为何存在、我们在做什么这类问题。我们拥有自己的思维，而思维由大脑来实现，大脑当然是由受物理定律支配的化学物质构成的，而我们又用头脑中那些优美而简洁的方程式来理解这些物理定律。我意识到：这是一个循环。如果你真的想在理解某件事上有所贡献，就去寻找这个循环中最薄弱的环节。
所以，虽然我读研究生时一开始做的是量子计算——我当时认为物理是最具哲学性的科学——但一年后我转入了神经科学。我真的很想弄清楚如何从大脑的特性出发，逆向思考并发明新工具，借助我的工程学背景来攻克大脑的奥秘。
那时很多神经科学团队都在问：”嗯，大脑准备好迎接工程化了吗？”在现代神经技术兴起之前，确实有许多人发明了研究或修复大脑的工具，但那些工作往往缺乏明确的方向。令人欣慰的是，曾经如此边缘的领域，如今已变得如此主流，以至于美国总统将其宣布为当今最重要的科学优先事项之一。
胡安：你从循环的哪个环节切入，又为何选择这里？
埃德：在所谓的”理解循环”中，最薄弱的环节无疑是：我们的思维如何理解世界，以及我们的思维如何由大脑中的分子来实现。我决定攻克后者：我们能否弄清楚构成大脑回路的细胞是如何进行运算的？
大量证据表明，大脑非常具体的部位与非常具体的人类特征、能力乃至身份认同的某些方面密切相关，但知道某样东西的位置并不能告诉你它是如何实现的。因此，基本思路是：”让我们从大脑的复杂性与密度、其高速运行特性和异质性出发，逆向思考。”然后，我们能否纵览所有工程学领域——从物理、化学、材料科学，一直到计算机科学、电气工程和系统工程——找出如何构建最优技术，从而对大脑回路进行精确测量和精准控制？
胡安：自你进入这个领域以来，出现了哪些新的大脑成像、探测和理解方式？你现在又在为未来构建什么？
埃德：在我们团队，我们与佐治亚理工学院的机械工程师克雷格·福里斯特合作，建造了一台机器人，它能自动深入大脑，对活体大脑中的单个细胞实施手术。现在我们可以提取细胞内容物、向细胞注射物质，并记录那些用任何其他技术都无法看到的微小电脉冲。
与克利夫·丰斯塔德的团队合作，我们利用制造计算机芯片的工艺构建了三维微加工阵列，只不过现在我们制造的是能够记录分布式回路活动的三维脑探针。我们还与麻省理工学院生物工程系的彼得·苏及其团队合作，研发能快速扫描大脑的新型显微镜。
胡安：请更新一下光遗传学自你发表TED演讲以来的进展。
埃德：我发表演讲一年后，我们与两个团队展开了合作：哈佛大学的范杜费尔团队和美国国立卫生研究院的沃尔茨团队。他们使用我们的光遗传学工具来改变非人灵长类动物的行为，对神经元进行开关调控。例如，当范杜费尔团队激活这些猴子的某些神经元时，它们对事物的反应更快了。这是一个重要里程碑，因为它表明在比小鼠大脑更接近人类大脑的物种中，你可以安全有效地改变行为。
在我们这边，我们已经让分子对光的敏感度大大提高。这一点很重要，因为需要使用的光越少越好。2月9日，我们发表了一篇论文，表明我们可以用红光进行这类操控，并且可以使用多种颜色的光来激活不同的通路，即使这些通路彼此交织在一起。红光之所以重要，是因为它能更好地穿透组织。如果我们想让光遗传学成为真正的疗法，这在临床上极为重要。
多种颜色同样重要。如果只有一种颜色，你只能打开和关闭一组细胞——除非你想逐一将光对准每个微小的细胞。这项新研究表明，我们可以用蓝光和红光来控制两条不同的通路。
胡安：先退一步。当你谈到改变灵长类动物的行为时，我脑海中浮现的是一只活猴，头部连接着一系列非常细的类似光导纤维的线缆，将光线指向大脑特定部位，从而改变行为。这个画面可能过于简化了。但当你这样做的时候，你能改变哪些行为？你预期那些使用光遗传学的公司将带来哪些治疗方法？
埃德：感官恢复是许多人的首要目标。从临床角度来说，失明是一个很好的初始靶点。对于那些眼部感光细胞已丧失、患有视网膜色素变性等疾病而失明的患者——眼睛的其余细胞是完好的，你可以让这些细胞对光敏感。由于视网膜比身体其他部位的许多回路更为人所了解，科学家可以就在眼睛哪个位置植入光敏分子提出非常具体的假说。
德国的托比亚斯·莫泽团队发表了一篇关于使用光遗传学的人工耳蜗植入的有趣论文。如果对失聪者使用电刺激，可能只有约一两打频道的声学频率敏感度；但我们的耳朵当然能听到数千种频率。这个团队的研究表明，如果使用光遗传学工具让耳朵中完好的细胞对光敏感，然后将光精准地对准神经——而电流则会向四面八方扩散——就有可能带来更真实的听觉体验。
科学家们也渴望关闭大脑中导致病理的部分。以癫痫患者为例。如果能关闭过度活跃的细胞，也许就能在癫痫发作刚开始时——甚至在发作之前——将其遏制，如果能抵消掉的话。伊万·索尔特斯兹团队最近发表了一篇论文，表明可以尝试检测癫痫发作，并向已对光敏化的患处区域投射光线，从而暂时关闭该脑区，时间足以让癫痫发作停止。
胡安：你能否利用这些完好的细胞，通过光遗传学创建替代回路，来”升级”人们的听觉？这会催生一整个系列的科幻小说吗？
埃德：一旦你拥有了刺激器，就可以将其连接到不同类型的软件。因此，你有可能将视觉感知回放到听觉系统中。我不知道大脑会对此作出什么反应，也许只是一头雾水。
多年来，一条自然的人类增强轨迹已经显现出来。你从针对医疗需求最迫切的人群的技术开始，因为此时的风险收益比是合适的。然后，随着技术被证明是安全有效的，越来越多的患者群体开始使用它，接着一些技术就跨越到了增强和升级的领域。这个过程似乎大约需要几十年时间。应该有人好好研究一下这个过程！
胡安：暂时摘下你的科学家帽子，戴上那顶”哇——如果我是今天的学生那该多酷”的帽子。通过光来控制大脑，我们可能会看到哪些类型的增强？
埃德：几年前，伊扎克·弗里德及其同事发现，深部脑电刺激可以增强记忆。很快许多人就说：”啊哈！如果我们有阿尔茨海默病或其他认知障碍的患者，也许我们应该尝试进行临床试验，看看能否帮助他们改善记忆。”如果人们找到了能用电刺激增强记忆的回路，并且被证明是安全有效的，同时光遗传学也被证明是安全有效的，那么记忆将是一个极具潜力的认知增强领域。
在那项研究中，科学家招募了七名癫痫患者，在他们大脑中一个叫做内嗅皮层的区域——癫痫发作的起源区域之一——植入了电极。然后他们做了一件人们通常不会做的事：刺激这些部位。他们让这些患者尝试学习如何在虚拟现实迷宫中导航。这些患者在解决迷宫问题方面的学习能力优于对照组。与此同时，多年前有一篇论文表明，伦敦出租车司机与空间学习和记忆相关的脑区更大，这可能是因为他们必须记住所有这些路线才能获得驾照。自那篇脑刺激论文发表以来，许多团队一直在试图弄清楚哪些类型的记忆可以通过刺激来增强。因此，未来几年对于记忆增强科学来说将会非常有趣。
胡安：让我们来谈谈你现在正在开发的工具。我脑海中浮现的是类似英特尔计算机芯片的东西，只不过上面有一整排非常细小的针，能让你以非常具体的方式测量、沉默或刺激不仅仅是单个神经元，还包括大脑中的特定区域。
埃德：是的。我们称之为”大脑协处理器”。想象一台设备，它能从大脑许多回路中的单个细胞进行记录，也许有朝一日能覆盖整个大脑。从这些记录中，我们可以在外部计算机中计算出大脑所需的信息。借助能将光束投射到大脑各处三维位置的设备，我们可以通过光遗传学将这些信息传回大脑，或许甚至能修复某种运算。随着时间推移，我们甚至可以训练计算机做一些增强大脑性能的事情。
想想计算机与人类如何互动。我们已经从大型机走向个人电脑，再到笔记本电脑，再到智能手机，
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