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植入芯片,塑造“超级大脑”?

2016-11-17 08:42:55 来源:河北新闻网
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    河北新闻网讯(河北日报记者张淑会)科幻电影《超脑特工》中,主人公的大脑被植入一枚堪比超级计算机的芯片,帮助他快速接入和破解大部分网络,获取常人难以获取的资料。

    现在,向人脑中植入大脑芯片、让人类拥有超人的记忆力,这些科幻电影中的情节,已经成为实验室中的大胆尝试。

    近日,美国南加州大学生物医药工程教授西奥多·伯尔格研发的记忆芯片在小鼠身上测试成功。他希望这一芯片将来可以成为一种商业产品,帮助人们提高记忆力。

    一座图书馆全部藏书的信息量,可以在数字化后轻松放入一张存储卡内。一个看似合理的期待是:芯片植入,可以让同样的变化在人脑中发生,海量知识“秒懂”,人类智力有望大幅提升。

    植入大脑芯片,能否真能塑造“超级大脑”?

      用大脑芯片 修补神经功能缺损

    “大脑芯片听上去像天方夜谭,但科学家们从未停止探索的步伐,实验室的相关研究很早之前就已开始,有的已经取得了初步成功。”河北医科大学第二医院神经外科副主任赵宗茂说,大脑芯片,是指在生物大脑中植入电子芯片,通过芯片接收信号,将大脑信号转换为能够被计算机所了解和破译的编码,以达到影响或控制人行为的目的。

    据介绍,世界上首例人脑芯片出现在1950年,当时一名叫胡塞·戴尔卡多的科学家尝试在人类身上进行此项操作,通过轻微刺激人脑的某一部分而改变人的情绪,甚至控制人的一条胳膊或腿。这项实验最终因被认为有悖伦理而终止。

    “从此以后,用电流刺激大脑核团的方法被证实可用来治疗某些疾病。”赵宗茂说,目前,这一领域重新成为科学家们研究的热点。

    这一高技术的原理并不难理解:当你与人谈话时,健康的大脑会发射一系列电信号,将这段对话从短期记忆转化为长期记忆。信号的编码因人而异,十分独特,和软件指令有点相似。但如果患上脑疾病,大脑就会忽视这些信号编码。而植入芯片可以增强脑细胞的通信,因为它可以预测健康编码,然后按健康模式发送信号。

    “神经系统疾病种类繁多,包括发生于中枢神经系统、周围神经系统、植物神经系统的以感觉、运动、意识、植物神经功能障碍为主要表现的各种疾病。”赵宗茂告诉记者,当前,临床上治疗这些疾病以药物、手术、放射、康复治疗为主,但有些疾病用上述方法疗效并不尽如人意。

    大脑芯片的出现,为解决瘫痪等神经系统损伤带来可能。

    美国俄亥俄州立大学两年前启动的瘫痪肢体复活研究计划,日前传出振奋人心的消息:一名因车祸导致全身从肩部以下瘫痪的年轻美国患者,在接受了大脑芯片植入手术后,已经可以自由活动和控制右手臂和右手腕。

    相关研究成果已刊发在《自然》杂志上。研究人员称,其工作原理是,绕开损伤脊髓,直接将大脑指令传递到手部肌肉。也就是说,患者的大脑发出指令,在由大脑芯片读取后,交由外部的计算机解读,计算机会精确地刺激患者的手部肌肉,让患者的手完成动作。

    “目前这一技术还处于实验阶段,它需要通过导线把大脑的指令输送到电脑,电脑通过编码把这些指令转换成强弱不等的电信号,然后把电信号输送到支配前臂及手腕的肌肉组织中、引起肌肉的收缩从而产生运动。所有的动作均是在实验室严格的控制下完成的。”赵宗茂介绍说,“虽然实验室研究已取得成功,但距离临床广泛的应用还有很长的路要走。”但他认为,这至少是一种大胆的尝试,并有望在不久的将来迎来更大的突破。

    “作为一种新的治疗理念和方法,大脑芯片技术有望为修补神经功能缺损带来曙光。”赵宗茂说。

     造“脑机接口”为大脑“扩容”

    在科学家的推动下,大脑芯片相关领域技术正加速向现实应用迈进。

    “我们医院目前针对帕金森病正在开展的脑部‘脑起搏器’技术,也可以说是一种特殊的‘大脑芯片’植入技术。”赵宗茂介绍,帕金森病是中老年人常见的中枢神经系统疾病,其发病原因尚不明确,目前以药物治疗为主,但药物副作用大且后期效果不理想。

    “脑起搏器”技术,又称脑深部电刺激治疗技术,1987年由法国学者开创。“它的出现,使治疗帕金森病取得重大突破,也成为目前治疗该病最安全有效的方式之一。”赵宗茂介绍,该技术就是利用脑立体定向手术,在脑内特定神经核团的位置植入电极,通过高频电刺激抑制异常电活动的神经元,从而起到治病的作用。

    “截至目前,河北医大二院已成功为20多名帕金森患者实施了手术。手术后,这些患者的症状明显好转。”赵宗茂表示,这一技术开辟了神经系统疾病治疗的新途径,今后将逐步将其应用于治疗慢性疼痛、微意识形态促醒、癫痫、强迫症、抑郁症等病人。

    能够操纵和记录大脑活动,让颅脑损伤后长期昏迷的患者重新清醒,恢复自理能力;恢复人类记忆,阻止认知能力下降,治愈精神疾病,甚至恢复盲人视觉,恢复聋人听力……

    人们对大脑芯片的期待,并未止步于治疗疾病。

    在硅谷,一家名为Kernel的美国公司正在开发一款可以植入大脑的芯片,初期目标是帮助一些神经受伤的人,而未来的目标则是用来增强人类的智力、记忆力和其他认知能力。

    这家企业的创办者布莱恩·约翰逊希望能找到一种方法增强人的大脑,让它可以与机器相提并论。他认为随着人工智能的发展,身体和大脑的退化会越来越明显,人类如果要继续站在前沿,就必须面对这个问题。

    有专家认为,通过植入芯片将人类大脑与计算机网络连接起来,从长远来看,可以为受植入个体带来机器智能、通讯以及感知能力的许多优势。例如快速、准确的数学能力,几乎无限的互联网知识和准确无误的长期记忆力等等。此外,人类的感知能力也有可能因大脑芯片而大大拓展。

     “芯片人”面临伦理审判

    虽然已有诸多实验案例表明,人类能够与芯片“合为一体”,一些新的人机接口技术可以实现“超感官”的信息传递。但大脑芯片面临的挑战才刚刚开始。

    “在大脑植入芯片,虽然在实验室里取得了一定成功,但仍面临着许多未知功能的挑战。”赵宗茂表示。

    大脑究竟是如何操纵人类行为的?对人类来说,目前还是一个完全的黑箱。很多科研人员表示,目前的研究看到的只是运算结果,却不知道箱子里面的运作机制。

    挑战不仅仅来自于技术,还有伦理。

    有专家对此表示担忧:大脑芯片成熟后,一些人可能会选择“升级”,将自己变成半机械人。这意味着没有植入芯片的普通人将沦为“智力和能力低下”的“新原始人”。

    华盛顿研究机构曾对4700多名美国成年人做过一项对大脑芯片植入等技术看法的调查,其结果显示,对这些技术表示“很担忧”“有点儿担忧”或“感到困扰”的被调查者分别占总数的68%、69%和63%。

    “如果这一技术研究用于治疗某种神经系统疾病或是基因缺陷疾病,对人类肯定是有益的。”赵宗茂说,如果植芯片,干扰了个人情绪、行为或隐私等,就可能涉及了伦理问题。如果对某一类病人植入相同芯片,会不会使病人产生某种千篇一律的行为,从而使人失去丰富多彩的人生等,这些都值得探究。

    大脑芯片植入背后的伦理争议由来已久。多年前,美国应用数据公司宣布将进行人体芯片实验的消息后,当即招来各界非议。公众和媒体担心:因为植入了大脑芯片的人无论走到哪里,都会受到GPS系统的监视,其个人的行踪就会被泄露出去。

    尽管争议不断,很多专家对这一新技术的发展前景还是看好的。“因为人类的智慧是无穷的。”赵宗茂表示,这是未来发展的一个趋势,随着人们对大脑、脊髓神经生物学知识的不断丰富,通过大脑芯片为患者解除痛苦,使其较好地生活成为可能。相信不远的将来,科学家们有望使患者的大脑与损伤区域成功连接,促使其失去的神经功能得以恢复。

    “大脑芯片技术目前还处于基础的研究阶段,还有很多没有解决的问题。”赵宗茂说,如神经编码的问题,是最深刻、最重要的科学问题。对神经编码问题的破解,原则上可以让人类获得掌控大脑运行的真正秘密,但在理解神经密码方面,全球研究者们未来还有很长的路要走。

责任编辑:秦秋朵
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