2005年5月10日,周二下午,两点整。

    清华大学医学院楼,三层阶梯教室。

    林煜坐在最后一排的角落里,手里拿着借来的《神经科学原理》教材,笔记本上已经密密麻麻记满了笔记。

    这是生物医学工程系的专业课:《神经信号处理》,授课老师是韩世文教授。

    林煜虽然是双学位,但按照课程安排,这门课应该是大二才上。但他等不了,他需要提前学习,需要尽快掌握脑机接口的核心知识。

    所以从这学期开始,他每周二下午都会来旁听这门课。

    教室里坐着四十多个学生,大部分是生医工程大二的,也有几个研究生。林煜坐在最后面,尽量不引起注意,只是安静地听课,记笔记。

    讲台上,韩世文教授正在讲解脑电信号的基本原理。

    韩教授五十多岁,头发花白,戴着一副金丝眼镜,说话语速不快,但每一个字都很清晰,很有力量。他是清华生医工程系的知名教授,国内脑机接口领域的先驱之一,发表过上百篇SCI论文,主持过多项国家级科研项目。

    “同学们,我们继续讲脑电图,也就是EEG。“韩教授在黑板上画了一个简单的示意图,“EEG是通过头皮电极,记录大脑神经元群体活动产生的电信号。这些信号非常微弱,通常只有几十微伏,而且淹没在各种噪声中。“

    他转过身,看着台下的学生:

    “那么问题来了:如何从这些噪声中,提取出真正有用的脑电信号?换句话说,如何提高EEG信号的信噪比?“

    教室里安静了几秒。

    这是一个开放性问题,没有标准答案,但也是脑机接口研究中最核心的问题之一。

    韩教授扫视了一圈,没有人举手。

    “没有人想试试吗?“他笑了笑,“这可是脑机接口领域最重要的问题之一。“

    还是没有人举手。

    大部分学生低着头,有的在翻书,有的在看笔记,都不敢和教授对视。

    林煜坐在最后一排,盯着黑板上的示意图。

    他的“规则视野“自动启动了。

    那些抽象的波形图,在他的脑海中变成了真实的、流动的能量场。他“看见“了神经元的放电,看见了电信号在突触间跳跃,看见了那些微弱的电位差如何叠加、传播,最终被头皮电极捕获。

    他也“看见“了噪声。

    肌肉活动产生的肌电干扰,眼球转动产生的眼电干扰,环境中的50Hz工频干扰,甚至心脏跳动产生的心电干扰……这些噪声,像一层厚厚的迷雾,遮盖住了真正的脑电信号。

    传统的方法,是用线性滤波器,比如带通滤波器,高通滤波器,把特定频率范围内的信号保留下来,其他的过滤掉。

    但林煜知道,这样做有问题。

    因为大脑不是线性系统。

    大脑是一个高度复杂的非线性动力学系统,神经元之间的相互作用,产生的是非线性的、混沌的信号模式。如果用线性滤波器,会损失大量的信息,甚至会引入新的失真。

    那应该怎么办?

    林煜想起了他在物理系学的混沌理论,想起了非线性动力学,想起了……

    他的手不自觉地举了起来。

    韩教授看到了最后一排举起的手,有些意外:“这位同学,请说。“

    所有人都转过头,看向林煜。

    林煜站起来,有些紧张,但声音还算平稳:

    “韩教授,我认为可以用物理学的非线性滤波方法。“

    “非线性滤波?“韩教授来了兴趣,“请继续。“

    “大脑不是线性系统,传统的线性滤波器会损失信息。“林煜深吸一口气,继续说,“如果我们把脑电信号看作一个非线性动力学系统,用混沌理论建模,就可以设计自适应的非线性滤波器。“

    教室里有人开始窃窃私语。

    韩教授抬起手,示意大家安静,然后看着林煜:“很有意思。具体怎么做?“

    林煜走到黑板前,拿起粉笔,开始写:

    “首先,我们可以用相空间重构,把一维的时间序列转换成多维的轨迹。“

    他画了一个简单的示意图:

    “然后,用Lyapunov指数判断信号的混沌特性。如果信号是混沌的,说明它包含了真实的脑电成分;如果是随机的,说明它是噪声。“

    韩教授眼睛亮了。

    “接下来,我们可以用非线性预测算法,比如局部线性预测,或者神经网络,来预测下一个时刻的信号。“林煜继续写,“噪声是不可预测的,但真实的脑电信号,即使是混沌的,也有短期可预测性。通过预测误差,我们可以把信号和噪声分离开。“

    写完最后一个公式,林煜放下粉笔,转身看着韩教授。

    教室里鸦雀无声。

    所有人都盯着黑板上那些复杂的公式,有些人看懂了,有些人完全蒙了。

    韩教授走到黑板前,仔细看着林煜写下的推导,眼神越来越亮。

    “相空间重构……Lyapunov指数……局部线性预测……“他喃喃自语,然后转过身,看着林煜,“这位同学,你叫什么名字?“

    “林煜。“

    “哪个系的?“

    “物理系,双修生医工程。“林煜说,“我才大一,这门课是来旁听的。“

    韩教授愣了一下,然后笑了:“大一?旁听?“

    “是的,老师。“

    “很好。“韩教授拍了拍林煜的肩膀,“你的想法非常好。混沌理论在脑电信号处理中的应用,确实有很大潜力,但目前国内研究得还不多。你是怎么想到这个的?“

    “我……我在物理系学过非线性动力学。“林煜说,“我觉得大脑的活动,应该是非线性的,所以想试试能不能用混沌理论来处理。“

    “非常好的直觉。“韩教授点点头,然后转向全班,“同学们,这就是跨学科思维的价值。物理学和生物医学工程的结合,往往能碰撞出意想不到的火花。“

    他看着林煜:“林煜,下课后来找我一下,我有话跟你说。“

    “好的,老师。“

    林煜回到座位上,心跳还在加速。

    周围的同学都在看他,有惊讶,有羡慕,也有质疑。

    一个坐在前排的男生转过头,小声说:“旁听的大一学生?牛啊。“

    另一个女生说:“他说的那些,我都没听懂。“

    林煜低下头,假装整理笔记,但手心已经渗出了汗。

    他第一次在这么多人面前发言,第一次在教授面前展示自己的想法,第一次感受到,自己的“规则视野“不是诅咒,而是真正有用的能力。

    下课铃响了,学生们陆续离开教室。

    林煜走到讲台前,韩教授正在收拾讲义。

    “韩老师。“林煜说。

    韩教授抬起头,笑了:“来了。走,去我办公室聊。“

    两人走出教室,穿过走廊,来到医学院楼五层的一间办公室。

    办公室不大,但很整洁。书架上摆满了专业书籍和期刊,墙上挂着几张脑电图和fMRI图像,桌上放着一台电脑和一堆待批改的作业。

    “坐。“韩教授指了指沙发,自己也坐了下来。

    林煜有些拘谨地坐下,手放在膝盖上。

    “林煜,你对脑机接口感兴趣?“韩教授开门见山地问。

    “非常感兴趣。“林煜点头。

    “为什么?“

    林煜沉默了几秒,然后说出了实话:

    “我妈妈是植物人,脑动脉瘤破裂,已经昏迷两年了。医生说她苏醒的概率不到10%,但我不想放弃。“

    韩教授的表情严肃起来。

    “我想研究脑机接口,想理解大脑,想找到唤醒植物人的方法。“林煜继续说,“我知道这很难,可能我一辈子都做不到,但我想试试。“

    办公室里安静了几秒。

    韩教授看着眼前这个清瘦的少年,看着他眼中的坚定,慢慢点了点头。

    “林煜,我理解你的心情。“韩教授说,“但我必须告诉你实话:植物人的苏醒机制,是世界性的难题。目前的脑机接口技术,还远远做不到唤醒昏迷患者。“

    “我知道。“林煜说,“但总要有人去做,对吗?“

    “对。“韩教授笑了,“你的心态很好。科研就是这样,明知道很难,甚至可能一辈子都看不到结果,但还是要去做。“

    他站起来,走到书架前,拿出一本厚厚的书:《Brain-Computer Interfaces: Principles and Practice》。

    “这是脑机接口领域的经典教材,你看过吗?“

    “看过一部分。“林煜说,“但有些地方看不太懂。“

    “正常,这本书很难。“韩教授把书递给林煜,“送给你了,回去好好看。不懂的地方,随时来问我。“

    “谢谢老师!“林煜接过书,像是接过一件珍宝。

    “林煜,我想问你一个问题。“韩教授重新坐下,“你愿意来我的实验室吗?“

    林煜愣住了:“我……我才大一。“

    “我要的不是年级,是能力。“韩教授说,“今天课上,你展示的思维方式,已经超过很多研究生了。非线性滤波在脑机接口中的应用,这是一个很好的研究方向,我希望你能加入我的团队,一起做这个课题。“

    林煜的心跳加速了。

    韩世文教授的实验室,是清华脑机接口研究的核心团队之一,能进去的,都是博士生或者特别优秀的硕士生。一个大一的本科生,想都不敢想。

    但现在,教授亲自邀请他。

    “老师,我……“林煜有些激动,不知道该说什么。

    “别急着回答。“韩教授说,“我知道你课程很重,双学位的压力很大。所以我不要求你全职在实验室,你可以利用课余时间来,做一些力所能及的工作。“

    “我可以!“林煜立刻说,“老师,我可以的!我有时间!“

    韩教授笑了:“那好,从下周开始,你每周来实验室两次,周三下午和周六上午。我会安排一个师兄带你,先熟悉设备和流程。“

    “好的,谢谢老师!“林煜站起来,深深地鞠了一躬。

    “别谢我。“韩教授说,“科研是双向选择,你能给实验室带来新的思路,实验室也能给你提供平台。这是互利的。“

    走出办公室,林煜抱着那本厚厚的教材,站在走廊里,看着窗外的清华园。

    五月的清华,绿树成荫,阳光洒在草地上,一切都充满了生机。

    他终于进入了脑机接口的核心圈,终于有机会接触最前沿的技术,终于离母亲的苏醒更近了一步。

    林煜拿出手机,想给家里打电话,想告诉姐姐和父亲这个好消息。

    但他停住了。

    现在还不是时候。

    他要等到真正做出成果,真正看到希望,再告诉母亲:

    妈,我找到救你的路了。

    晚上,宿舍。

    “煜哥,你今天怎么这么高兴?“薛南风看着林煜,好奇地问。

    “有好事。“林煜笑着说,“我进了韩世文教授的实验室。“

    “什么?!“三个室友都惊呆了。

    “韩世文?那个脑机接口的大牛?“黎川推了推眼镜,“他的实验室,一般只要博士生啊!“

    “对啊煜哥,你才大一,怎么进去的?“郑子昂也很惊讶。

    “今天上课的时候,我回答了一个问题,韩教授觉得还行,就邀请我了。“林煜轻描淡写地说。

    “还行?“薛南风跳下床,“煜哥,你这叫还行?你这是牛逼!“

    “真的很厉害。“黎川认真地说,“林煜,你知道进韩教授的实验室意味着什么吗?那意味着你有机会接触国内最前沿的脑机接口技术,有机会参与国家级的科研项目,甚至有机会发顶刊论文!“

    “我知道。“林煜点点头,“所以我会好好珍惜这个机会。“

    “煜哥,这得庆祝!“薛南风说,“走,今晚我请客,咱们去校外吃火锅!“

    “对,必须庆祝!“郑子昂也说。

    “那好吧。“林煜笑了,“不过别太贵,我请你们就行。“

    “得了吧煜哥,今天我们请你!“薛南风说,“你进了韩教授的实验室,这可是大事!“

    四个人换了衣服,走出宿舍,向校门口走去。

    五月的夜晚,空气清爽,星星在天空中闪烁。

    林煜走在其中,看着身边说笑的室友,心里涌起一股暖流。

    他想起母亲,想起姐姐,想起小虎,想起所有关心他的人。

    他在心里默默地说:

    妈,我又向前走了一步。

    我进了实验室,我可以学真正的脑机接口技术了。

    我会好好学,好好做,总有一天,我会找到救你的方法。

    您等我,一定要等我。

    (本章完)

    【本章看点】

    学术能力的展现:林煜第一次在课堂上展示自己的跨学科思维,用物理学的混沌理论解决生物医学问题,震惊全班。

    “规则视野“的价值:林煜的特殊能力,第一次不是负担,而是真正的优势。他能“看见“别人看不见的规律,这是他的天赋。

    韩教授的慧眼:一个好的导师,能看出学生的潜力。韩教授不在乎林煜的年级,只在乎他的能力和热情。

    机会的降临:林煜终于进入了脑机接口的核心圈,这是他改变命运的关键一步。从旁听生到实验室成员,这是质的飞跃。

    动机的纯粹:林煜不是为了发论文,不是为了评奖,而是为了救母亲。这种纯粹的动机,让他的学术之路更加坚定。

    跨学科的力量:物理+生医工程的结合,产生了意想不到的化学反应。这也是本书的核心主题之一:当物理成为修行,当科学成为救赎。