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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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前景远大的脑植芯片技术

2017-12-06 18:20:00

  美国瘫痪患者伊恩·伯克哈特因5年前的一场车祸而导致全身从肩部以下瘫痪,他的命运之门似乎已经悄然关上。不过在2016年,他接受了大脑芯片植入手术。如今,24岁的伊恩终于又能自由控制右手臂和右手腕了,他也成为了全球首例通过脑植芯片技术“复活”瘫痪肢体的人。

  在很多人眼里,将芯片植入人类大脑似乎还是科幻电影中的桥段,不过这一“黑科技”目前正在从大荧幕走到人类真实的生活中。

  帮助患者 重新活动

  为加强或修复人脑功能而采用的脑植芯片技术,可以说是现代脑神经科学发展的顶峰。其萌芽可以追溯到上世纪初,医生利用脑外科患者手术后,对脑的全面刺激所获得的反应而制作的脑功能图。从1950年开始,美国土伦大学就率先在临床上尝试用脑植芯片技术治疗癫痫、帕金森氏病和精神病等顽固的疾病。

  2年前,伊恩自愿参加了美国俄亥俄州立大学的瘫痪肢体复活研究计划。该项计划的目标是通过在大脑中植入芯片,以绕过受损的脊椎将大脑指令传递给手部肌肉。虽然,目前伊恩只有在实验室与电脑连接时才能重新控制自己的右手臂和右手腕,但是这样的结果已经令他非常满意了。

  除了重新控制自己的肢体外,大脑植入芯片技术还可以帮助患者通过意念控制机械手臂。2015年5月,瘫痪病人艾瑞克在瘫痪13年后,重新依靠自己的力量举了酒杯,帮助他完成这一心愿的,正是其大脑中植入的芯片。

  一块微小的芯片如何能收集大脑的意念?其原因为,当人脑产生某一动作的想法时,这种想法会以电传导的形式在特定的神经元细胞之间传导,并最终在感觉运动区形成具有一定电信号特征的神经冲动。这种神经冲动通过神经纤维最终传导到手、脚等产生动作的肌肉,完成动作的实现过程。

  唤醒大脑 修补记忆

  除了辅助瘫痪患者生活之外,大脑植入芯片,还有阻止认知能力下降、治愈精神疾病、恢复盲人视觉、恢复聋人听觉等功能,比如为帕金森氏症或阿尔茨海默氏症的患者提供帮助,甚至是唤醒植物人、修补记忆。

  目前,科学家已经明确了一些病症与大脑相关部分之间的关联,只要通过在病人脑中植入类似芯片的刺激器,按规律刺激相关区域的神经细胞,使其重新活动,就可达到相应的治疗效果。2014年,广州军区武汉总医院就为一名植物人的大脑植入了“芯片”,成功地将其唤醒。美国国防部先进研究项目局正在开发一种新型的大脑芯片。他们计划预先备份某个人大脑中已存储的数据,一旦其大脑受到损害,植入的芯片就可以将已备份的数据传输至他的大脑,使其恢复记忆。目前,科研人员已经在老鼠身上进行了相关实验。美国纽约大学经科学家乔瑟夫·雷杜克斯表示,这项技术其实也没有那么“黑科技”,“它就和假肢一样,只不过是用来修补记忆的”。

  脑植芯片 遍地开花

  如今的脑植芯片技术已经在某些发达国家发展到了一个全新的水平——不仅能为病态人脑作出诊断和治疗,还能给正常人脑增添某些原先所不具备的功能,提高其功能水平,例如,美国国防部提出的“20年超级战士”计划。

  所谓的“超级”,就在于脑植芯片给士兵注入了全新的战斗品质——使其更易把精力集中于作战任务上,增强作战耐力。它也有望提高士兵的智能,监视和修正其大脑中不正常的功能,使其保持思维精准,从而提高作战任务的完成效率。

  事实上,美国许多脑植芯片试验都得到了军方的支持,因为其科研成果与五角大楼强调的利用高科技加强美军战力是完全吻合的。

  社会伦理 引发争议

  不过,随着脑植芯片技术的持续发展,某些令人担忧的问题也逐渐出现,首当其冲的就是道德伦理的拷问。对于那些修复或弥补大脑功能损伤的案例,人们自然不会有太多质疑,但如果是为了增加或增强人脑的某种功能,将脑植芯片技术用于健康的正常人,必然会充满争议。

  1972年,美国土伦大学的希思教授为一名19岁的颞叶癫痫患者进行了脑植芯片手术,以控制其癫痫的发作。不过令人意想不到的是,这枚芯片竟然激发了病人原本低落的性欲,甚至改变了他的性取向(病人本是同性恋,手术后成了异性恋)。在这个案例中,利用先进技术治愈疾病当然无可厚非,但同时却改变了人的本性,其正当性该如何评判呢?

  前景展望 令人鼓舞

  或许对于脑植芯片来说,人类的大脑就如同电脑一样,并没有什么区别。如今脑植芯片的工作程序,是模仿人类大脑海马体的运作而打造的,因此两者之间的信息沟通没有任何问题。科学家利用脑植芯片将人脑活动的情况数字化后所获得的信息,按人脑的要求植入,就可以为人脑增加或增强某些功能。虽然这一技术还没有实现,但就初步成果来看,所展示的前景是令人鼓舞的。如果你没有学习过专业的脑神经科学,也许根本无法想象未来的动人景象。

  举个简单的例子。1999年,一位学生报名参加了业余西班牙语学习班,为期一年。学习班要求学生每周交一份作业,内容是写一两句西文句子,题材和长短随意。为此,这位学生购买了电脑翻译程序来帮助自己完成作业。最后,他将一本英文散文选《生命的火花》成功翻译成了西班牙语。当然,这绝不是他自己创作的成果,而是他和翻译程序共同取得的成绩。如果有了脑植芯片技术,这一切将变得更为简单:只要把翻译程序制成脑植芯片,通过手术安装到大脑的前额页,这位学生不需要在教室里枯坐哪怕一分钟,就可以轻易地把英文翻译成西班牙文。

  同理,我们也不需要学习各种外语,脑植芯片技术能帮助我们全部解决。有了它,我们甚至能很轻松地成为汽车修理工、会计师、律师……当然,这只是脑植芯片技术展现的一角,未来,它的发展前景将更加广阔。

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