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小猪大脑被植入脑机接口,这一技术能读取人的思维吗?
日期:2020-11-02  来源:北京日报客户端  作者:

当地时间8月28日,美国知名企业家埃隆·马斯克在线直播展示了大脑被植入脑机接口设备的小猪,其脑部活动信号可以被实时读取。此举引发各种想象,用“脑洞大开”来形容也不为过。

脑机接口一直是人类憧憬的一种人与计算机技术、人工智能(AI)结合的手段,也是改变人类心理和生活方式的一种可能实现的途径。然而,由于这种技术面临种种伦理问题,也一直受到广泛质疑和严格审视。

但是,由于脑机接口技术在解决脑神经受损疾病等问题上有重要需求和应用,它还是在一步步向前迈进。我们约请著名生物科普作者张田勘就有关问题向读者进行解读。


问:马斯克这一次展示的脑机接口设备,对比以往的设备有什么突破吗?

答:当地时间8月28日,马斯克的脑机接口公司“神经连接”举行现场直播,展示了一头植入神经链设备的猪,名为Gertrude。它在两个月前被植入神经链设备,目前状态良好。这个神经链设备是一种芯片,附带有上千个微型电极,拥有1024路连接(通道),芯片直径2.3厘米,厚度0.8厘米。

神经链设备植入猪大脑时,会移除一小部分头盖骨,插入大脑约6毫米深度,将芯片与脑细胞进行连接。这种芯片能够读取大脑生物电流的传输和变化,不会对大脑造成任何持久损害。

大脑植入了芯片的小猪从外表看与其他正常的小猪没有什么区别,但是,当前者在演示现场走来走去时,可以通过显示器看到这只小猪大脑发出的实时大脑电信号。小猪在自由走动时大脑电信号是有规则的曲线,当猪的鼻子触碰到物体时,显示器上出现了不规则的杂乱图像,就像音频中的杂音图像。通过这个展示,研究人员认为,通过脑机接口可以获取活体猪的脑部信息(电信号),并且对其大脑发出的信息和行为做出准确的预测。

2019年,“神经连接”公司曾在美国旧金山进行过一次展示,在老鼠和灵长类动物大脑上安装USB-C端口来实现脑机连接,通过植入动物大脑的微型电极能够记录和分析动物大脑的神经活动。

但是,此次展示的脑机接口已经实现无线传输,新的神经链设备可以通过低功耗蓝牙与10米内的手机APP配对。

尽管“神经连接”公司此次并没有发明新的脑机接口,但其改进和简化了脑机接口设备的尺寸和植入的难度。通过1024个电极连接大脑,读取脑电波、脉搏等生理信号,并且具备无线充电功能,该设备的电池续航时间为24小时。如果未来植入到人脑中,能像眼科外科手术一样简单和安全,可以在1小时内完成,不用全身麻醉,当天就能出院。

这似乎是一种读心术,但现场展示实际上也并没有真正读出猪大脑的真正信息是什么,只是靠分析和预测。即便神经链设备记录了小猪的大脑电信号并演示出来,也只是简单演示了小猪四肢运动和脑内神经放电的关系,在神经信号解码方面并没有实质性进展,因此要想把这样的装置植入人的大脑并与智能手机接通和传输大脑的各种指令还相差太远。


当地时间8月28日,埃隆·马斯克旗下的脑机接口公司举行发布会,展示了Neuralink脑机接口技术的实际应用过程。

问:脑机接口技术目前最实际的应用,最急迫攻克的问题是什么?

答:“神经连接”公司在小猪身上的这种实验当然也意味着未来可以把芯片植入人的大脑。那么,这样的芯片植入大脑有什么用呢?

在人的大脑中植入芯片首先想要达成的目的是治疗疾病。很多疾病是由于大脑神经元损害造成的,大脑受损后,一些信息不容易传递到四肢,同时可能损害大脑中枢内的神经递质传递,让人的思维混乱。如果能补充和引导这些大脑信息传输,就可以治疗一些大脑疾病。

现在的脑机接口已经深入到直接用芯片与神经细胞交融,用以帮助各种生理功能受损的人,如运动功能受损,包括帮助四肢残疾和脊髓受损的人重新行走或重新支配上下肢,以完成多种生理功能。机理是,通过脑机接口把人的意念和思维(表现为大脑的生物电信号)传递给计算机,再由计算机解码大脑信号,传递给假肢或机械臂或机械脚,以完成正常的生理功能,如完成吃饭喝水、走路,甚至从事轻量级的运动。

在方式上,搜集大脑电信号有两种技术,一种是植入式(侵入式),一种是感应式(非植入式或非侵入式)。前者包括任何植入大脑的芯片和电极,后者则是佩戴一个包含多个电极的脑电图扫描仪(EGG)帽子,收集并记录头部产生的微弱的生物电信号,然后放大这些电信号并解码。

在治疗疾病上,脑机接口具体可以分为几类。一是帮助残疾人获得正常的生理功能和生活能力;二是帮助残疾人学习,如帮助翻书和写文章;三是治疗大脑中因神经递质的产生和输送困难而导致的各种神经精神疾病,如帕金森病、癫痫、自闭症等。迄今为止,脑机接口只在第一二类疾病方面显示了初步的结果。

第一类在1998年就实现了,一位因脑干中风造成锁闭综合征的病人约翰·雷通过脑机接口,控制了电脑光标。在2014年巴西世界杯上,身患截瘫的28岁巴西青年朱利亚诺·平托身着一套称为外骨骼机器衣的装置来到场边,为世界杯象征性地开球。平托的机械腿就是通过脑机接口控制的,即大脑指令通过生物电信号传递到由计算机控制的机械腿,后者把球踢到足球场内。

第二类现在有了更新的发展,如香港中文大学研发的一种脑机界面软件可以让双手残障的人写出汉字并写作。残障者戴上有16个接触面的无线脑电波接收器,然后盯住电脑屏幕,后者有横竖撇捺勾五个笔画轮流闪亮,残障者心里想着要写的笔画,计算机就能收到并破译选择笔画的指令,将选中的汉字逐笔写出来。而且,依靠软件的联想功能,屏幕上还会持续出现文字或词组,供使用者选择。

问:那么,治疗神经精神疾病可能的路径是什么?

答:脑机接口治疗神经精神疾病是目前尚未突破的难关,但是也可能会在将来获得突破,如治疗帕金森病、癫痫、自闭症等。

在此次展示之前的7月20日,马斯克发推特称,神经链能够实现“直接通过芯片听音乐”的功能。当被问及神经链设备是否能刺激人体释放催产素、血清素和其他化学物质,是否可能像人体的神经元及突触一样工作时,他给予了肯定的回答。

但是,神经链设备能否刺激人体释放催产素、血清素和其他化学物质还有待未来的研究结果来证实,果真能实现,就可以治疗帕金森病、癫痫、自闭症等疾病,因为这些疾病的病因是大脑中某种神经递质(化学物质)要么难以合成,要么浓度较低,要么是难以输送到靶组织,如特定区域的大脑神经元中,以促使神经元完成某些特定功能。

1996年的美国亚特兰大奥运会开幕式上,通过电视转播,全球观众都看到,患有早期帕金森病的拳王阿里用自己难以控制的颤抖的双手举起奥运火炬,点燃了奥运主火炬的圣火,他的行动似乎更像僵硬的机器人,这一刻让人动容。原因在于,患这种病的人大脑中的一个不足0.5厘米的称为黑质的特殊神经核释放的神经递质多巴胺不足。

大脑要指挥人体运动或活动,需要黑质释放多巴胺,后者经过不同的大量的神经元进行突触传递,依次激活下一个神经元,最后到达神经和肌肉的接触点,指挥身体肌肉执行各种连贯动作,如最简单的步行,或者复杂的动作,如打篮球、踢足球。

现在,治疗帕金森症的主要方式是对患者补充左旋多巴胺,当然,补充多巴胺也会导致运动问题,主要是不受控的异动症,常见于面部肌肉,颈、背和肢体也可出现。

脑机接口的出现为治疗帕金森病提供了一个新的路径和平台。一个最简单的方式是,如果植入芯片能与黑质中的神经元融合,并接受APP的指令刺激,就可能产生足够的多巴胺,以治疗帕金森病。不仅如此,就连正常人也可以通过这种方式刺激大脑分泌浓度更高的多巴胺,因为它是一种快乐激素,能让人感觉愉快。

问:很多人关心的一个问题是,脑机接口真的能读懂思维吗?

答:通过脑机融合解读或破译人的思维和想法也许是一种天方夜谭,但未来也有可能会实现,这当然有其有利的一面,如可以提前知道罪犯或恐怖分子的意图,警方可以事前采取行动终止犯罪。但是,不利的一面是,个人再也不会有隐私,连思想也会被破译。

因此,对于脑机接口的伦理审查应当极为严格。现在,神经链设备已经被美国食品和药物管理局授予“突破性设备状态”,但并未批准进行人体试验,未来这种人机融合设备能否被批准人体试验,还是一个未知数。这也说明,对于脑机接口技术在人体上的使用,各方的态度都是十分谨慎的。

脑机接口技术未来最大的应用前景,还是用来治疗各种大脑神经元损害导致的疾病。至于说到破译思想,这属于人类伦理和法律的底线,技术上既难以突破,法理上也不容突破。