@ 2014.11.24 , 20:23

无用技能之:如何进行大脑移植

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科学家们正在着手建立能植入大脑的移植物,用以治愈失明的人及让瘫痪的人重新站起来。但它们是怎样工作的呢?

大脑是宇宙中最微妙、纤弱和复杂的物体之一,所以对它动手脚可能听起来是傻瓜做的事。然而,在对大脑如何感知、记忆的过程了解越来越多以后,神经科学家们开始寄希望于植入芯片以治疗身体机能失调——失明和瘫痪。但是这些植入物如何运作呢?植入后可能发生什么?

第一步,选择路径

某些植入物给脑深部电刺激治疗创造条件,已经用于帕金森氏病的治疗。最终的目的是利用精致的信号与大脑沟通,以让它允许植入物治疗一系列失调疾病。有些植入物试图修复在感官体验上的问题(如视力、听力),比如利用视网膜植入物替换有缺陷的眼睛、人工耳蜗植入术有助于聋人恢复听力。到目前为止,已有一些成功案例。第二种类型的植入则是利用设备恢复大脑与四肢之间的信号传输,以治疗四肢瘫痪或操控机器人的四肢。第三种可以在大脑里面建桥,连接大脑内部组织,取代已经损坏的海马体起记忆存储和再生记忆的功能。

第二步,破解密码

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上述所有植入物第一个的障碍就是破解大脑的代码,只有破解了大脑代码你才能用它的语言进行沟通。比较有前景的技术就是维克森林大学医学院(Wake Forest School of Medicine)Sam Deadwyler利用“Mimo”算法解读无线通信消息。当读取大脑放电传送出的信息时,利用这个算法它可以了解哪个信号序列对应哪个行动口令以及在必要的时候复制这些信息。这是一个可以用于恢复记忆的技术。

第三步,强化训练

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康奈尔大学的Sheila Nirenberg已经开始研发一个不同的算法,它可以计算出人眼是如何将信息传递给大脑,因为她想要制造人造视网膜。和Deadwyler的工作类似,它需要让设备与现实世界磨合。在这种情况下,她记录下健康视网膜在看公园照片时传送的信息。她说,简化人眼在简化接收信息时采用的关键方法,就是抓取出你想要的扔掉不需要的。

第四步,渗入大脑

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在得知大脑代码之后,接下来的事情就是如何将这些信号安全、不破坏神经组织的前提下传送给大脑。电极会留疤,还会被免疫系统攻击,但是有很多种方法可以将损害降到最低。你可以用丝绸把它们包起来,它们就能滑过的组织;或者可以给它们涂上神经递体和生长激素以使神经元周围长出新的组织。还有的科学家则想用柔软的“水凝胶(隐形眼镜材料)”做电极。

第五步,打光

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还有一种选择是,你可以试着用光线按摩神经元。比如Nirenberg就在做人造视网膜时采用“光遗传学”技术。这是用遗传工程来操作眼睛背后的神经元细胞,在人造视网膜被射入特定频率的光之后就会被激活。随后,她的人造视网膜设备就可以和短闪光进行信号交流。这样就降低了破坏组织的风险,能够精确定位需要用到的细胞。

第六步,供电

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给大脑里的植入物供电也是个大问题,无线充电设备似乎是植入大脑的物体供电的最佳工具。又要传送足够的电量,又不能让组织发热,这虽然很复杂但却还是能够做到的:最近有个团队开发了一种和大米粒一样大小的天线,距离组织不超过几厘米的范围内可以接收能量,没有辐射最大值限制。

第七步,入侵感官系统?

在可预见的未来哭,这些设备只会用于治疗患有严重残疾的病人。能让人操作机器人的芯片已经在人体试验中大获成功,Nirenberg希望能在未来几年内进行人造视网膜的人体试验。美国国防高级研究计划局(Darpa)同时希望能在2019年前测试一个治疗健忘症、记忆缺失的设备。

一些未来学家们甚至希望植入物能够在正常人身上赋予“超能力”。一名记者近期入侵了他的助听器,最后让他能够在走过伦敦街道时听到WiFi的声音。植入人工耳蜗的人也可以做到,甚至还可以用它偷听隔壁房间的谈话。

回归到实际,听起来好像没哪个正常人会去植入这些东西,但是又有谁知道呢?让盲人恢复视力,让瘫痪的人重新直立行走,这些毕竟是几十年前的 我们还不敢想的事情。

本文译自 BBC,由译者 小笨 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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