在人脑中嵌入芯片来治病,人脑可能被操控?你想多了……

2020
09/02

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凌武娟(编译) / 健康界
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你会让你的大脑植入芯片吗?

近日,美国太空探索技术公司和特斯拉等公司的创始人——埃隆·马斯克公布的猪脑脑机交互设备引起了不小轰动。

因为这意味着脑机交互技术又前进了一步。

多伦多大学神经科学研究人员格莱美·莫法认为,马斯克旗下公司的新产品突破点在于新型芯片的尺寸(直径仅约23毫米)、可移植性、储存信息的能力和无线传输的功能。

要知道,脑机交互技术发展到现在的时间并不短。


图片来源:图虫创意

首次收集的人脑信号开启了大门

1924年,德国医生汉斯伯格第一次从患者头皮上采集到了人脑中的信号,为脑机交互技术发展奠定了基石。

随着人脑电活动的发现和脑电图的发展,“脑机交互”(Brain Machine Interface,BMI),也称“脑机接口”(Brain Computer Interface,BCI)的雏形也慢慢形成。

20世纪70年代,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)教授雅克·维达尔首先创造了“脑机接口”一词。“脑”指的是有机生命形式的脑或神经系统,“机”则指任何处理或计算的设备,其形式可从简单电路到硅芯片。

雅克·维达尔连续发表了多篇关于“脑机接口”的论文和试验报告,包括无创脑电控制物理对象(机器人)的实验报告,也率先领导了全球首个脑机交互项目。这也是脑机交互技术首次取得阶段性研发成果。

经过几十年的发展,按照侵入方式,脑机交互技术可以分成完全侵入式、部分侵入式和非侵入式脑机交互三种。

2005年,Cyberkinetics公司获得美国FDA批准,九位患者进行了第一期的运动皮层脑机接口临床试验。四肢瘫痪的马特·纳格(Matt Nagle)成为了第一位用侵入式脑机接口来控制机械臂的人。在脑机接口设备的帮助下,他可通过“运动意念”完成机械臂控制、电脑光标控制等任务。其植入物称为BrainGate,包含96个电极。

2016年12月,美国明尼苏达大学的Bin He及其团队取得一项重大突破,让普通人在没有植入大脑电极的情况下,只凭借“意念”,在复杂的三维空间内实现物体控制,包括操纵机器臂抓取、放置物体和控制飞行器飞行。经过训练,试验者利用意识抓取物体的成功率在80%以上,把物体放回货架上的成功率超过70%。

虽然科学家在脑机交互技术研究方面在不断取得突破,但由于信息处理和植入等问题,目前脑机交互技术的实际应用并不广泛。


图片来源:图虫创意

大部分“成果”处于研究、试验阶段

由于恢复某些功能更容易实现,现阶段,医疗领域的脑机交互技术主要以恢复为主,例如运动功能的恢复,特别是由事故或神经系统疾病导致的肢体瘫痪者。

2019年10月,由法国CEA实验室和格雷诺尔大学医院共同开发的一种名为“Wimagine”半侵入式医疗设备成功让一位四肢瘫痪者行走和控制双臂活动。

据悉,Wimagine有64个电极,可从大脑表面收集信号。研究人员将其植入在瘫痪者的脑部感觉运动皮层上,以检测瘫痪者在想象运动时的脑皮质电图,从而让人工智能算法对该电图进行解码并转换成机械动作。

参与试验的志愿者可以在三个维度上控制两个假上肢,并可以在坐着或站着时旋转手腕。

诸如上述的试验案例还有很多,但据统计,目前为止,全球仅有20多名因事故或神经系统疾病导致四肢无法动弹的瘫痪者大脑中植入了传感器。

除肢体瘫痪者外,在医疗领域,脑机交互技术还被应用于五官感官缺失的修复,如人工耳蜗和视网膜假体等。人工耳蜗是目前脑机交互技术在医疗领域最为广泛的应用。但由于电极数量少(人工耳蜗为十几个,视网膜假体为60个),人工耳蜗和视网膜假体的效果与真实的耳朵(3500个神经元)和眼睛(百万个神经元)仍存在较大差距。

加州大学旧金山分校神经外科医生爱德华致力于研究基于大脑的语音识别。目前,他正与研究团队进行一项用脑机交互技术治疗因脑部手术而失语的癫痫患者试验。爱德华将可监测大脑中负责说话肌肉活动的神经传感器植入了志愿者脑中,他预测,志愿者说出话的概率将高达97%。

为保证该技术开发的有效性和安全性,美国FDA还在2019年7月发布了脑机交互设备开发的指导草案。

在积极探索脑机交互临床应用的同时,专家们也对其使用表现出了担忧。


图片来源:图虫创意

人脑会不会被机器操控?

可以确信的是,如果脑机交互技术能广泛应用于临床,对很多患者来说是件好事。然而,和很多技术的应用一样,专家们担心的是随之而来的医学伦理问题。

哥伦比亚大学神经生物学家拉斐尔·尤斯特(Rafael Yuste)曾在小鼠身上做过一项试验——将一种病毒的两个基因注射进小鼠的大脑神经元。其中一个基因可促使细胞产生一种蛋白质,使小鼠对红外光敏感,另一个可使神经元在“激活”时发光。之后,他训练小鼠在屏幕上出现一些条形后喝糖水。

训练过程中,尤斯特记录了当老鼠看到这些条形时,视觉皮层中被激活的神经元。当屏幕上不显示条形,而他用激光激活这些神经元后,试验小鼠依然作出了相同反应——喝糖水。

尤斯特表示,如果这些“幻觉”被植入人脑,人类可能会像木偶一样被操纵。脑机交互技术也是如此。尤斯特呼吁,各国明确涉及“神经权利”,“应该像保护医学数据一样保护从人脑中获取的信息。”尤斯特说。

布朗大学工程学教授认为,关于伦理道德方面的讨论很重要,但当务之急是将这项技术应用于可能从中受益的患者。任何时候,这些讨论不应成为新技术投入应用的“拦路虎”。

也有美国专家认为,目前脑机交互技术仅用于克服残疾问题,通常是由患者控制外部世界,而非受外部世界的控制,关于道德与权利的问题即使很重要,现在担忧还为时过早。因为在美国,脑机交互领域的医学科学家受到美国《健康保险流通与责任法案》(HIPPA)的约束,而且任何新的医疗技术都必须经过美国FDA的批准,其中包括了道德方面的考虑。

如果大脑中植入了芯片,你的大脑还会是你的大脑吗?

参考资料:

1. More on: Brain-computer interface for tetraplegic man

2. Brain Computer Interface: Definition, Tools And Applications

3. Researchers restore injured man's sense of touch using brain-computer interface technology

4. The Brain Implants That Could Change Humanity

5. Neuralink demonstrates its next-generation brain-machine interface

6. Brain-Computer Interfaces And Mind Control Move One Step Closer To Becoming Reality

7. Soon, your brain will be connected to a computer. Can we stop hackers breaking in?

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关键词:
交互技术,控制,试验,植入,人脑

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