张学义:神经现象学视域下运动想象脑机接口的范式重构

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进入专题: 运动想象   神经现象学   脑机接口   人机共生  

张学义  

内容提要:运动想象脑机接口是神经康复领域应用广泛的关键技术。传统脑电信号解码研究的探讨大多注重从第三视角解码脑电信号,用身体格式化的脑表征代替身体的具身认知。瓦雷拉等学者的神经现象学的进路给予了运动想象脑机接口具身生成转向的可能性,结合镜像神经元系统的多模态整合机制与时间意识的神经动力学,在能动感与拥有感的第一人称自我感剖析和基于脑神经振荡特征的第三视角经颅交流电刺激之间,展开本体论与方法论的对话,提出运动想象脑机接口应从“脑解码工具”向“自适应生成界面”进行范式转型,提倡融合闭环外周刺激与中枢神经调控,构建混合模态下具身反馈闭环的运动想象脑机接口,重塑大脑—身体—世界的协同系统,促进人机共生演化。

标题注释:国家社科基金一般项目“科学理解的实验哲学研究”(项目编号:22BZX038)、江苏省社科基金一般项目“当代科学理解的前沿问题研究”(项目编号:22ZXB002)阶段性成果。

关键词:运动想象/ 具身—生成进路/ 瓦雷拉/ 人机共生/

作者简介:张学义,东南大学哲学与科学系副教授、东南大学道德发展研究院研究员;刘婧如,东南大学人文学院2022级哲学强基本科生。

原文出处:《哲学分析》(沪)2025年第6期 第120-132页

脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)技术通过建立脑与外部环境的直接信息通道,为运动功能受损个体提供了突破生理限制的可能性。作为BCI的重要范式,运动想象脑机接口(Motor Imagery-Brain Computer Interface,MI-BCI)通过解码个体在想象运动时产生的神经信号,已在智能轮椅操控、神经义肢控制等领域取得显著进展。然而,现有研究普遍陷入计算表征范式的解释困境:一方面,以马克·简尼洛德(Marc Jeannerod)运动模拟理论为代表的认知框架,虽揭示了运动想象与执行共享神经基质的特征,但仍将具身化的运动意向性降为前馈预测编码的神经计算,延续了笛卡尔身心二元论对“感知—行动”循环的割裂;另一方面,传统解码模型将连续、动态的具身意识活动强行纳入“信号采集→特征提取→分类解码”的线性流程,排除了主观体验中不可还原的质性因素,导致非因果、涌现性的感受质(qualia)被忽视。这种范式困境在技术应用层面表现为脑解码准确率不足、用户能动感与拥有感评分较低,出现认知失联、身体失认、具身解离的现象,在理论建构层面则体现为对意识经验的现象学结构的阐释缺位。

一、运动想象脑解码研究的解释困境

一般而言,脑机接口是指绕过脊髓和外周神经系统在脑与外部环境之间通过计算机直接建立信息渠道的技术。①当前,BCI技术相关研究主要专注于将大脑的神经信号解码为计算机的数字信号,而这一领域的研究需要使用脑电图(Electroencephalogram,EEG)、功能性近红外光谱(functional Near-Infrared Spectroscopy,fNIRS)等各类神经影像方法②,采集大脑在各类思维活动中产生的不同神经信号。

BCI在医学领域的主要研究与应用方向之一,是协助因衰老或疾病等不同原因丧失一定运动能力的个体重新获取运动能力。例如,使用BCI系统解码EEG信号,能够为老年人与残疾人构建带有机械手的智能轮椅系统。③为了采集人类在尝试进行运动时所产生的神经信号,基于运动想象的BCI研究(Motor Imagery-Brain Computer Interface,MI-BCI)应运而生,并在近年蓬勃发展。④作为一种信号较为稳定的外源性BCI范式,运动想象脑机接口不仅依赖于外部刺激,而且需要用户保持一定的注意力。这是说,运动想象反映了用户大脑的一种自主运动意向,用户在脑海中模拟运动而不实际执行运动,外设的运动操作装置将实现用户主观意愿下的运动意向。在MI-BCI目前的应用场景中,受试者往往需要想象自己正在进行某项运动或者观看某项运动的视频,大脑的初级运动区诱导μ节律和β节律的事件相关去同步和同步现象,从而激活与实际运动相似的脑区。BCI系统则会采集在上述活动中产生的神经信号并尝试进行解码,将神经信号转为操控外设运动装置的电信号。如在一些学者的研究中,受试者需要想象移动左右手,使之前旋或后旋,BCI系统在反复实验中进行训练,在20次循环训练后达到了最高72.5%的信号识别准确率⑤;也有学者提出了一种脑驱动机器人控制系统,受试者通过想象运动控制机器人“停止”“向前走”“向左转”或“向右转”,在机器人导航实验中达到了90.7%的准确率。⑥

传统脑机接口系统大多基于计算表征范式,这种范式将意识活动简化为“输入—输出”的线性因果链。马克·简尼洛德在《表征的大脑:运动意图与想象的神经关联》中提出的运动模拟理论,开创性地揭示了运动想象与运动执行共享神经基质的核心特征。该理论认为,运动系统通过“离线模拟”机制在运动前区生成内部前馈模型。⑦这种基于预测性编码的运动表征构成了动作意图的认知基础,而将具身化的运动意向性降为预测性编码的神经计算。这种理论进路在洛特(Lotte)等人对近十年EEG脑机接口的研究综述中也有所显现。综述中指出,传统运动想象范式依赖于脑电信号的时频特征提取,这一范式通过“信号采集(EEG)—特征提取(CSP)—分类解码(LDA)”的线性化操作⑧,将复杂的神经活动抽象为可计算的指令映射。尽管从脑电图信号中解码运动执行在以往的研究中表现出较高的性能,但是基于运动想象范式的意图解码至今未能达到足够的准确性。与此同时,只聚焦于在“第三视角”上提升解码准确率,会使得运动想象研究落入本质主义的陷阱,忽视了运动想象作为“第一视角”在具身认知过程中的动态性与意向性。归根结蒂,这种将不可被表征的、非线性因果的具身感受质视为颅内计算表征的范式,仍是对笛卡尔式二元预设的延续——将大脑视为信号输出端,身体作为被操控对象,心智作为离散符号,割裂了“感知—行动”循环的完整性。

脑解码计算表征范式不仅在理论上具有局限,类似于笛卡尔式的身心二元,在具体技术应用中,特别是对神经义肢或机械臂的控制中,或将出现能动感(sense of agency)与拥有感(sense of ownership)的具身解离现象。⑨如加拉格尔所论述的,能动感与拥有感均为意识经验的自我感的重要构成,能动感指涉“我作为行动发起者”“行动是由我发生”的意向性,即我就是引起或产生一个动作或思想过程的那个人,而拥有感指涉“身体归属于我”的本体论确证,即我就是正在推动或经历一个体验的那个人。在自主行动中,能动感与拥有感通常以现象学耦合形式在前反思经验中紧密结合,形成“我能”的具身统一性。而在非自主行动中,能动感与拥有感是分离的;脑解码的计算表征范式极有可能带来非自主行动的能动感与拥有感分离。

由于对不同肢体单一动作的MI-BCI指令集数量有限,在实际应用中受到动作类别的局限,脑解码的准确性和外设执行指令的精确度常常不足,导致用户主观运动意愿与实际外设运动执行装置的运动出现不一致,这个现象常被称为“认知失联”或“身体失认”。从此现象所造成的能动感与拥有感的解离这一角度看,笔者将这个现象称之为“具身解离”,即强调由于运动意图和运动行为的不一致而发生的行动者具身能动感与拥有感的解离。当与用户身体相连的神经义肢作为外设运动执行装置时,若义肢运动轨迹与用户运动想象的空间映射存在偏差,顶叶内沟的多感官整合功能将受阻。实验表明,此类偏差超过15°时对能动感评分将下降42%。⑩在单一模态的MI-BCI系统中,体感反馈的缺失与视觉代偿的过度依赖共同构成了拥有感解离的核心矛盾。实验研究表明,当用户通过MI-BCI控制机械臂时,触觉反馈通道的缺位直接导致体感皮层的α波段功率显著降低,反映了体觉信息输入的实质性匮乏。此时,用户虽能通过视觉确认机械臂的空间位置,但因缺乏体感皮层与运动皮层的闭环耦合,无法将其纳入“身体图式”的动态边界。

这样的具身解离现象似乎在暗示我们,第三人称的计算表征和第一人称的具身体验似乎处于不可调和的困境中。当我们采用传统MI-BCI的计算表征范式时,我们关注的是解码脑电的神经信号与运动操作的电信号之间的因果性表征,而忽视了非因果性的不可被完全表征的具身感受质,这个问题笔者将在后文详细论述并给出MI-BCI范式转型这一可能的解决方案。

二、神经现象学的具身生成转向

传统解码范式仅捕捉到信号的表层特征,却未能解释运动想象如何通过“身体图式”具身地重构主体与世界的意义网络、如何嵌入社会认知网络的动态过程。笔者提出,认知科学的具身转向为突破传统运动想象脑机接口的解释困境提供了有益的理论资源。瓦雷拉提出的具身行动生成进路(embodied-enactive approach)给予我们一种融合第三人称的计算表征和第一人称的具身体验的可能性。瓦雷拉指出:“生成的核心思想是,生命体是一个自组织系统。这与将其视为碰巧由肉而非硅制成的机器形成了鲜明对比。机械生物的行动和状态改变仅仅是因为来自自身之外的输入和编程,而活体则是不断地自我重组,以求生存和维持自身的平衡。”(11)那么试想,以不断重组的活体为中心进行的运动想象过程,是否能仅仅考虑来自自身之外的机械物的输入—输出,而不考虑活体自身的自适应和自平衡?答案显然是否定的。

从理论渊源来看,瓦雷拉的具身生成思想受到佛教的冥想、传法和修行的影响,同时植根于多重现象学思潮的交汇处。吉布森(Gibson)的知觉生态学揭示了有机体通过主动探索环境实现知觉与行动的统一,梅洛-庞蒂的现象学则突破了笛卡尔身心二元论,将身体确立为既是“物理结构”又是“经验结构”的生存论基底。(12)在此基础上,马图拉纳和瓦雷拉进一步引入自创生理论(autopoiesis)(13)与结构耦合(structural coupling)概念,构建了具身认知的动态生成式系统模型。自创生理论指出,生命系统通过自我指涉的化学反应网络维持其边界,并在与环境的持续互动中实现操作闭环。(14)这一生物学洞见拓展至认知领域,意味着人机交互过程中的神经活动并非孤立的大脑信号输出,而是有机体通过感觉运动权变与环境共同演化的自组织过程。在MI-BCI语境中,用户的神经可塑性能否与设备反馈系统形成结构耦合关系,二者能否通过递归互动达成动态平衡?如果可以,这将颠覆传统范式将大脑视为指令输出端、身体降格为被控对象的预设逻辑。

区别于计算主义和联结主义,具身生成进路的认知理论对MI-BCI的范式突破主要体现在三个相互关联的维度:其一,在本体论层面,瓦雷拉坚持意识经验的不可还原性,将意识经验视为生物体通过身体活动与外界环境耦合的基础上涌现生成的,消解了心智与身体的二元对立,揭示认知既非独立于身体的抽象符号操作,亦非单纯的神经联结模式,而是具身主体在情境约束中通过感觉运动循环持续生成意义的过程。他承袭梅洛-庞蒂的“身体图式”理论,强调身体既是生物实体也是经验载体,神经表征必须置于“活生生的身体”与情境约束的动态交互中理解。其二,在认识论层面,具身生成进路提出感知与行动构成循环约束的“操作闭环”。不同于马克·简尼洛德将运动想象视为内部前馈模型的离线模拟,生成主义强调运动认知是身体图式与行动可能场持续互构的涌现过程。并且,这种互构过程具有时间延展性,传统范式将其静态化为离散神经标记的做法,实质上是将连贯的意向流割裂为机械化的解码片段。其三,在方法论层面,生成进路通过结构耦合理论揭示MI-BCI系统的共同演化机制。神经可塑性调节(15)使得用户逐步内化设备反馈形成新的感觉运动模式,而系统参数也需根据用户的身体经验动态优化。这种共同演化机制解释了为何单纯提升解码算法精度无法突破性能瓶颈——当技术设计忽视用户的具身适应过程时,系统将破坏“我能”体验的完整性。

MI-BCI中,镜像神经元在个体执行动作和观察他人执行相同动作时都会被激活。镜像神经元系统被认为是动作观察引发脑区激活的基础,这种激活模式与实际运动的脑区激活模式具有高度相似性。笔者试图在下文论证,运动想象是身体通过感觉运动能力在世存在的展开方式,而MI-BCI系统是拓展这种存在可能性的生成界面。神经现象学作为整合现象学与认知神经科学的跨学科路径,能够融合第一人称经验描述与第三人称实证数据,使得第一人称的身体现象学与第三人称的实验科学在技术设计与应用中相互修正,形成动态循环与互惠约束,如汤普森所言,“现象学分析有助于引导和塑造科学对意识的研究,而科学反过来也有助于塑造现象学研究”(16)。

基于神经现象学的基本命题,笔者将MI-BCI脑机接口按照感知模态划分了三个不同视角:视觉运动想象、动觉运动想象、混合模态运动想象。第一种,视觉运动想象视角(Vision Motor Imagery,VMI)通常指的是想象自己从外部观察身体动作,例如跑步运动员观看自己跑步的视频。视觉运动想象强调感官主导,依赖视觉对外部空间的信息处理,较少涉及本体肢体感觉。第二种,动觉运动想象(Kinesthetic Motor Imagery,KMI)以严格的第一人称视角(17),强调身体的具身感觉,例如自己感受到自己在肌肉收缩时的紧张感,感受到自己关节运动中的灵活感。由于依赖体感反馈,动觉运动想象与真实运动时的神经活动高度重叠。第三种,混合模态(Hybrid Motor Imagery,HMI)。混合模态强调多感官的整合,同时整合来自视觉和运动的信息,例如,我看着体操老师的动作并自己发力完成这个动作,此时我既“看到”动作又“感受”肌肉发力。临床应用中康复师能够根据任务需求调整两种模态的权重,例如康复早期偏重视觉,后期转向动觉。

神经现象学尝试在当代认知科学图景下考察胡塞尔时间意识观的超越意义。初级听觉皮层的快速激活与高阶联合皮层的持续性活动,将通过相位—振幅耦合实现跨尺度同步。神经动力学研究表明,γ振荡的相位重置与θ节律的调制作用构成了时间意识的“厚度”的神经相关物。(18)出于神经相关物在运动想象过程中的佐证,笔者推理运动想象脑机接口的意向性结构也呈现时空嵌套特征。基于胡塞尔的内时间意识现象学,运动想象或将呈现出“滞留—原印象—前摄”结构:滞留层中既往运动经验以“身体记忆”形式沉淀,形成运动想象的质料基础——如网球运动员发球动作的肌肉记忆;原印象层中虚拟运动感的即时涌现,表现为非命题性的“动觉共鸣”——如想象挥拍时前臂肌肉的张力感;前摄层中运动目标的意向性投射,构成运动可能性的视域。这种时间拓扑结构导致运动想象具有“虚拟具现化”特征。当主体想象抓握动作时,初级运动皮层与辅助运动区的激活模式与实际运动存在70%的重叠。(19)但是,在部分视觉运动想象(VMI)和动觉运动想象(KMI)中,由于本体感觉反馈的缺失或将造成用户使用MI-BCI时发生具身解离的现象。下文笔者将从对能动感与拥有感两种本体感觉的区分入手,讨论这种现象的具身生成机制及可能的技术应对措施。

三、运动想象脑机接口中的具身解离现象

如前文所提及的,加拉格尔认为意识经验的自我感由能动感与拥有感构成。(20)能动感指向“我是行动发起者”的因果归因,拥有感关乎“身体属于我”的本体论确证。在自主活动中,能动感与拥有感是耦合统一、难以区分的。而当MI-BCI这一技术界面打破主体具身行动的生成闭环时,能动感与拥有感不再耦合统一,出现具身解离的现象。需要说明的是,MI-BCI的具身解离是技术具身进程中的生成性困境,其修复依赖于闭环反馈对神经表征的重塑;而健全人的病理性的认知失联则是神经系统整合功能的崩溃,需要医学介入重建基础感知。

从具身—生成进路看,能动感往往处于具身行动生成的动态变化中,依赖前运动皮层的前馈预测模型将动作意图与感官反馈相匹配,确证“该动作由我发起”。与上文所述的“滞留—原印象—前摄”结构相对应,MI-BCI的能动感也体现为三重神经现象学结构。其一,前摄性投射,用户通过神经义肢的意向性指向激活前运动皮层的β频段振荡,形成对动作目标的动态预期——如“我想要抓取杯子”;其二,动觉共鸣,辅助运动区编码虚拟动作的非命题性体验——如“我感受到我的肌肉张力感”;最后,反馈闭合,后顶叶皮层整合视觉反馈与本体感觉,完成“行动的发起者是我”的归因。(21)中风患者想象手部运动以控制神经义肢时,前馈预测模型将顶叶皮层激活的运动意图与枕叶皮层激活的神经义肢视觉反馈相匹配。若反馈延迟低于200毫秒,DLPFC的θ-γ跨频耦合维持预测误差的阈值内,用户将神经义肢运动体验为“我的动作”,即能动感得以保留;反之,则引发“动作异己感”,即能动感的丧失。

这种动作异己感早在瑟伦森(Sørensen)的异己手实验(alien-hand experiment)中就有所提及。在异己手实验中,被试者被邀请进行一项画线实验,他们在一个大纸箱的下方把手伸进去并在空白的纸上画线,研究者向被试隐瞒了箱内暗藏一面镜子,实验的工作人员故意在镜子那一边画出偏离已有直线的线段,使得被试者认为自己在执行行动的时候没有遵循自己的意图。(22)这个实验巧妙地分离视觉反馈与本体感觉输入,首次在实验室条件下实现两者的功能性解离。被试者报告手部动作“由外部力量驱动”,即丧失了能动感,但仍承认手属于自己,即拥有感仍被保留。这个实验的结果也为我们揭示了,相比于能动感,拥有感是自我感的基础层。当我进行某一动作时,我提前预设了一个基础,即“我的身体是归属于我的”。拥有感的稳定性要依赖于多模态身体信号的时空统一性,依赖于后顶叶皮层与脑岛通过整合视觉输入与本体感觉,生成“神经义肢属于我”的具身确证。在MI-BCI系统中,当用户通过头戴显示器观察虚拟手臂与自身动作同步时,后顶叶皮层的γ频段同步化显著增强,编码身体所有权的空间锚定。

值得注意的是,拥有感是可以转移和延伸到外源装置中的。在范德霍尔特(Van Der Hoort)的芭比娃娃实验中,被试者通过同步触觉刺激将自我拥有感转移至微型人工身体(23),发生“橡胶手错觉”(rubber hand illusion)(24)。在橡胶手错觉中,被试者坐在桌子前,把左手放在桌子下面。一只橡胶手被放在被试者面前的桌子上,靠近被试者左手的标准位置。当被试者的左手受到被动的触觉刺激时,被试者看到橡胶手也受到相似的刺激。很快,被试者就觉得那只橡胶手就是自己的手。被试者对自己身体的拥有感延伸到了这只橡胶手上。如果说,拥有感是本体感受、前庭觉、触觉和视觉信号多感官协调的结果,在“橡胶手错觉”这一实验中,本体感受被重新映射到视觉中被看到的手的位置,行动主体以及所涉及的相应传出信号调节传出反馈和更一般的身体觉知,并调节人的拥有感。由此,在行动中,拥有感被整合进了运动控制的更整体的身体图式中。(25)与“橡胶手实验”相类似,MI-BCI用户通过视觉—运动信号的时空一致性,将自身的拥有感延伸至虚拟肢体。fMRI研究显示,这一过程伴随后顶叶皮层与运动前区的功能连接增强,以及脑岛的θ振荡抑制。(26)这对虚拟肢体与生物身体的空间连接性提出了较高的要求,如果虚拟肢体的空间映射与生物身体存在显著偏差,那么或将导致多模态整合机制失效,进而导致人的拥有感动摇——人可能会对自身身体的归属问题产生巨大的认知冲突。而这种多模态整合机制需要混合模态的多感官反馈渠道。神经义肢的力反馈缺失是视觉运动想象脑机接口出现身体归属问题的主要原因,义肢的力反馈缺失使得辅助运动区无法产生足够的动觉模拟信号,破坏动作的“具身在场性”。尽管MI-BCI设计通常旨在强化神经义肢的拥有感,但由于没有足够的动觉模拟信号,运动前区与后顶叶皮层的功能连接性不足,仍可能引发身体失认,即用户无法将神经义肢确认为“我的身体”。需要特别指出的是,在MI-BCI系统技术故障和算法误判的情况下,这种身体失认将更加严重。试想,如果用户的意图是“举手”,由于算法误判实际执行为“旋转手腕”,用户将拒绝承认执行“旋转手腕”的机械臂“属于我”。用户在感到惊异的同时,可能对当前违背其主观意愿而异常活动的神经义肢产生巨大的失认感和排斥感。

这似乎也在启示我们“习惯性的身体”和“当前的身体”作为一对相互区分的身体范畴之间的张力。MI-BCI技术引发的具身解离现象,本质上是身体图式动态重构过程中“习惯性身体”与“技术性身体”的生成性张力。梅洛-庞蒂在《知觉现象学》中批判了传统科学和哲学对幻肢现象的说明,用存在论的现象学解释了“幻肢痛现象”。(27)截肢后,现象身体并未立即接受肢体的缺失。截肢者的身体图式仍保留原有肢体的“存在预设”,保留在截肢之前所拥有的实践场,持续生成对缺失肢体的空间感知。截肢前,肢体是身体空间的一部分,例如手是触摸世界的工具。截肢后,习惯性的身体空间未被重新整合,幻肢的“在场”反映了身体对旧有空间结构的执着,原来身体的空间性仍然滞留在身体之内。MI-BCI临床治疗瘫痪患者时,患者的身体觉知情况仍展现了“习惯性身体”与“技术性身体”的生成性张力。在MI-BCI控制的神经义肢的康复适应活动中,用户原有的现象身体并未立即接受神经义肢的增补,用户的身体图式仍保留原有肢体的“存在预设”,即一种有瘫痪的、有残缺的肢体,虚拟肢体仍然难以整合入身体空间活动的动态意向弧中,原来身体的空间性仍然滞留在身体体内,即“当前的身体”仍然难以被“习惯的身体”所充分接纳。

那么,作为一种临床治疗的辅助手段的MI-BCI,应当如何应对这样的具身解离现象,如何耦合能动感与拥有感呢?回到幻肢痛的诊疗中,研究者借助“镜像疗法”取得了显著成效。研究者将健侧肢体的视觉运动信号反馈至大脑,激活并重塑了与幻肢相关的脑区表征,有效改善此类症状。这似乎启示我们,闭环神经调控与用户体验反馈的结合,或将为具身体验的解离现象提供启迪。在这样的闭环调控中,运动想象脑机接口或将作为一种自适应的生成界面。

四、作为自适应生成界面的运动想象脑机接口

如上文所述,在现象学与认知神经科学的交叉视域下,运动想象脑机接口应突破传统计算表征主义,通过递归性结构耦合,重构“人—技术—世界”的意向性网络。运动想象脑机接口不是一种解码心智的外源机器,而是具身主体通过感知—行动循环与环境共生演化的自适应生成界面。这种“自适应”的技术需求尤为体现在如何处理实际技术应用中能动感和拥有感的具身解离现象上。下文将尝试提出基于具身生成进路的技术设计范式,MI-BCI系统需实现三个层级的自适应生成。

其一,在感知运动耦合层面,多模态反馈系统的构建需突破传统视觉反馈或动觉反馈的单通道局限。经典的视觉运动想象(VMI)仅激活了身体图式的空间具身性,这种离散化的信息呈现方式割裂了运动想象的动态情境。引入外周的振动触觉刺激和混合模态的多感官整合,如混合模态运动想象(HMI),有利于激活神经可塑性,从而更好地实现运动功能的康复。例如,当用户进行抓握运动想象时,力反馈手套提供的触觉流可模拟目标动作的动力学特性。实验证明,结合虚拟现实触觉反馈的系统将MI-BCI分类准确率提升17.6%(28),这或将提升用户对能动感和拥有感的评分,契合于梅洛—庞蒂身体现象学主张的“世界通过身体向我们显现”的技术路径,也为卒中后运动功能重建提供了新的神经可塑性调控窗口。

其二,在时间延展性的建构层面,神经解码模型的范式转换需遵循生成进路的自组织原则,纳入动态因果特征。基于事件相关去同步的瞬时特征提取策略,本质上承袭了计算表征范式,将运动想象视为离散的神经事件集合,这种原子化处理方式违背了瓦雷拉所揭示的“认知作为生成过程”的本质属性,即神经活动通过非线性动力学机制在时间维度上持续建构意义。通过动态因果建模追踪皮质—小脑环路的相位同步模式,系统可实时调整虚拟肢体的运动学参数以匹配用户的“动觉预期”,例如在用神经义肢抓握不同物体时,将抓握力度与物体重量的自适应匹配,将抓握情况通过混合模态多渠道反馈,提升用户的质性体验。

最后,在MI-BCI系统的生成演化中需构建双向适应性接口以实现结构耦合。闭环神经调控技术如经颅交流电刺激的引入,可使BCI系统与用户形成双向适应性调节,并将用户的质性体验与神经动力学指标进行相互验证。这种设计理念在共生型BCI(Symbiotic BCI)中得到实证:达巴斯(Dabas)等人开发的系统通过实时调节虚拟肢体运动学参数,使被试者的拥有感评分提升32%,同时伴随颞顶联合区γ同步化水平与分类准确率的显著正相关。(29)在科林格(Collinger)团队2021年发表于《科学》的突破性研究中,通过植入运动皮层的电极解码患者运动意图控制机械手,同时将触觉传感器信息编码为微电流刺激反馈至感觉皮层。(30)阿尔瓦(Alva)团队在《科学—机器人学》中的实证表明,通过电生理刺激诱发脊髓α运动神经元的自然反射通路,可使截肢者在控制机械手时产生更精确的本体感觉误差信号。(31)然而,值得注意的是,“写入型”脑机接口技术因其技术难度较大而发展相对滞后,因而仍存在具身解离的现象,从而呈现出“读取型”与“写入型”脑机接口技术发展失衡,也体现了BCI系统与用户形成双向适应性调节的必要性与重要性。

随着MI-BCI解码精度与鲁棒性(Robustness)的提升,MI-BCI系统的生成性人机共生将进一步拓展原有的生存论边界,促使用户的身体图式将神经义肢等外设纳入扩展的运动空间。运动想象或将成为海德格尔所说的“上手状态”的技术具身化——BCI系统通过电极阵列形成“技术身体层”,使工具使用从“在手状态”转化为新的具身存在方式。(32)在这一过程中,技术将深度融入主体感知—行动的生成性循环,这指向了后人类语境下意向性关系的本体论革新:当技术界面成为认知架构的有机组分时,“人—技术—世界”的传统分野将在递归性共同演化中消解,催生具身智能与外部环境深度交织的存在论新形态。

概言之,笔者通过神经现象学视域考察运动想象脑机接口的理论范式和应用现状,揭示计算表征主义认知框架的解释局限。具身生成进路为突破这一困境提供了本体论与方法论的双重启示:MI-BCI不应局限于脑电信号的线性解码工具,而需转型为融合身体经验与神经动力学的自适应生成界面。这种界面通过多模态感知行动循环重构“大脑—身体—世界”的协同系统,使技术中介深度嵌入主体的具身认知架构,推动人机关系从工具性操控迈向共生性演化。对该问题可能存在的追问是,当技术界面深度介入身体图式的拓扑重构时,如何维系生物身体与人工装置的认知同一性?当技术系统的自创生逻辑与生物体的自组织原则深度交织时,如何界定人机协同体的伦理身份与存在论地位?笔者认为,问题的答案依然敞开,引导我们在技术具身化进程中持续探寻人机系统在动态耦合中生成的存在论新形态。唯有如此,MI-BCI方能真正超越康复医学的工具性定位,成为拓展人类在世存在可能性的生成性界面;也唯有如此,我们才能推动具身生成进路在未来的人机共生中,赋予技术设计者新启迪,拓展技术现象学新边界。

注释:

①D.J.McFarland & J.R.Wolpaw,"Brain-computer Interfaces for Communication and Control",Communications of the ACM,2011,Vol.54,No.5,pp.60-66.

②B.A.Kelsen,A.Sumich,N.Kasabov,et al.,"What Has Social Neuroscience Learned from Hyperscanning Studies of Spoken Communication? A Systematic Review",Neurosci Biobehav Rev,2022,Vol.132,pp.1249-1262.Wang Qiandong,Han Zhuo,Hu Xiaoyi,et al,"Autism Symptoms Modulate Interpersonal Neural Synchronization in Children with Autism Spectrum Disorder in Cooperative Interactions",Brain Topography,2020,Vol.33,No.1,pp.112-122.

③Chen N.,Wang X.,Men X.,et al.,"Hybrid BCI Based Control Strategy of the Intelligent Wheelchair Manipulator System",Proceedings of the 2018 13th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA),F 31 May-2 June 2018.

④S.Arizi,N.A.Setiawan,S.Wibirama,"Systematic Literature Review:Implemented Motor Imagery Recognition Methods",Proceedings of the 2024 IEEE International Conference on Artificial Intelligence and Mechatronics Systems (AIMS),F 21-23 Feb.2024.

⑤G.Arfaras,A.Athanasiou,N.Pandria,et al.,"Visual Versus Kinesthetic Motor Imagery for BCI Control of Robotic Arms (Mercury 2.0)",Proceedings of the 2017 IEEE 30th International Symposium on Computer-Based Medical Systems (CBMS),F 22-24 June 2017.

⑥J.Jiang,A.Wang,Y.Ge,et al.,"Brain-actuated Humanoid Robot Control Using One Class Motor Imagery Task",Proceedings of the 2013 Chinese Automation Congress,F 7-8 Nov.2013.

⑦M.Jeannerod,"The Representing Brain:Neural Correlates of Motor Intention and Imagery",Behavioral and Brain Sciences,1994,Vol.17,No.2,pp.187-202.

⑧F.Lotte,L.Bougrain,A.Cichocki,et al.,"A Review of Classification Algorithms for EEG-based Brain-computer Interfaces:A 10 Year Update",Journal of Neural Engineering,2018,Vol.15,No.3,031005.

⑨加拉格尔提及,自从威廉·詹姆斯对自身的不同意义进行分类以来,哲学家和心理学家们已经完善和扩展了这一概念的可能变项(加拉格尔:《现象学导论》,张浩军译,北京:中国人民大学出版社2021年版,第113页);他指出,最低限度的自身包含作为一个具身的体验主体之自身的前反思的自身觉知。这个前反思体验中的自身包含能动感和拥有感。在运动想象脑机接口中,能动感与拥有感的区分将帮助我们从第一人称视角分析具身认知冲突,这部分在后文第三部分将详述。

⑩A.Kalckert,HH.Ehrsson,"The Moving Rubber Hand Illusion Revisited:Comparing Movements and Visuotactile Stimulation to Induce Illusory Ownership",Conscious Cogn.,Vol.26,2014 May,pp.117-132.

(11)F.J.Varela,E.Thompson,E.Rosch,The Embodied Mind,Revised Edition:Cognitive Science and Human Experience,Cambridge,MA:MIT Press,2017,pp.80-91.

(12)陈巍、郭本禹:《具身—生成的意识经验:神经现象学的透视》,载《华东师范大学学报(教育科学版)》2012年第3期,第60-66页。

(13)H.R.Maturana,F.J.Varela,Autopoiesis and Cognition:The Realization of the Living,Springer Science & Business Media,2012,pp.16-19.

(14)Ibid.

(15)神经可塑性调节在这里指的是,被试的神经元与算法相互适应,被试的神经元活动可以在训练中自主地适应算法,建立神经元群和运动变量之间相对稳定的关系。系统设计能够根据神经元变化规律动态调整算法,从而实现根据新的训练数据对旧的算法参数进行调整。此过程中形成的神经可塑和算法调适的共振,是一种共同演化机制。

(16)汤普森:《生命中的心智:生物学、现象学和心智科学》,李恒威等译,杭州:浙江大学出版社2013年版,第34页。

(17)值得注意的是,第一人称视角也存在下文所言具身解离的现象,并且第一人称视角下的具身解离同样揭示了身体图式的脆弱性与可塑性。

(18)F.J.Varela,E.Thompson,E.Rosch,The Embodied Mind,Revised Edition:Cognitive Science and Human Experience,Cambridge:MIT Press,2017,pp.148-190.

(19)A.Guillot,C.Genevois,S.Desliens,S.Saieb & I.Rogowski,"Motor Imagery and 'Placebo-Racket Effects' in Tennis Serve Performance",Psychology of Sport and Exercise,2012,Vol.13,No.5,pp.533-540.

(20)S.Gallagher,"Philosophical Conceptions of the Self:Implications for Cognitive Science",Trends in Cognitive Sciences,2000,Vol.4,No.1,pp.14-21.

(21)P.Haggard & V.Chambon,"Sense of Agency",Current Biology,2012,Vol.22,No.10,pp.390-392.

(22)J.B.Sørensen,"The Alien-Hand Experiment",Phenomenology and the Cognitive Sciences,2005,Vol.4,No.1,pp.73-90.

(23)B.Van Der Hoort,A.Guterstam & H.Ehrsson,"Being Barbie:The Size of One's Own Body Determines the Perceived Size of the World",PLoS One,Vol.6,No.5,2011,e20195.

(24)M.Botvinick & J.Cohen,"Rubber Hands 'Feel' Touch That Eyes See",Nature,Vol.391,No.6669,1998,pp.755-756.

(25)加拉格尔:《现象学导论》,第123页。

(26)M.Botvinick & J.Cohen,"Rubber Hands 'Feel' Touch That Eyes See".

(27)M.Merleau-Ponty,Phenomenology of Perception,C.Smith (trans.),London:Routledge & Kegan Paul,1962,pp.81-82.

(28)G.Pfurtscheller et al.,"Processing of fMRI-related Anxiety and Bi-directional Information Flow between Prefrontal Cortex and Brain Stem",Scientific Reports,Vol.11,No.1,2021,22348.

(29)S.Dabas et al.,"A Step Closer to Becoming Symbiotic with AI through EEG:A Review of Recent BCI Technology",in Proceedings-International Computer Software & Applications Conference,New York:IEEE,2020,pp.361-368.

(30)S.N.Flesher et al.,"A Brain-Computer Interface that Evokes Tactile Sensations Improves Robotic Arm Control",Science,Vol.372,No.6545,2021,pp.831-836.

(31)P.G.Sagastegui Alva et al.,"Excitation of Natural Spinal Reflex Loops in the Sensory-Motor Control of Hand Prostheses",Science Robotics,Vol.9,No.87,2024,eadl0085.

(32)D.Ihde,"The Experience of Technology:Human-Machine Relations",Cultural Hermeneutics,Vol.2,No.3,1975,pp.267-279.

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