ACM通信gydF4y2Ba

新闻gydF4y2Ba

大脑植入物成为现实gydF4y2Ba

由塞缪尔·格林加德gydF4y2Ba
ACM通信，2022年7月，第65卷第7期，18-20页gydF4y2Ba
10.1145 / 3535193gydF4y2Ba
评论gydF4y2Ba

我们大多数人从未思考过人脑是如何工作的——直到出现了严重的问题。一个人可能因疾病或衰老而失去视力或听力，经历认知能力下降，或因事故或其他类型的创伤而瘫痪或受损。不幸的是，当损伤发生时，往往是不可逆的。gydF4y2Ba

几个世纪以来，科学家们一直在思考如何修复受损的大脑。现在，在人脑内植入微芯片的想法正在成为现实。神经植入技术是神经科学、工程和计算的交汇点，它可以帮助那些患有退行性疾病、事故、视力或听力损失等疾病的人恢复功能。gydF4y2Ba

“脑机接口正在以惊人的速度发展。他们有望改变医学和其他领域，”Florian Solzbacher说，他是犹他大学工程创新中心的主任，也是开发可植入芯片的贝莱德神经科技公司的主席。“我们现在正到达一个拐点。”gydF4y2Ba

事实上，贝莱德神经科技公司和其他公司已经在人类身上看到了积极的结果。一些使用脑机接口(bci)的设备正逐渐接近商业可行性。gydF4y2Ba

西北大学材料科学教授约翰·罗杰斯说:“我们正在见证科学、工程和医学的许多领域同时取得重大进展，其结果正在改变我们对脑机接口的概念。”gydF4y2Ba

回到顶部gydF4y2Ba

最重要的思想gydF4y2Ba

即使科幻小说和电影《头脑风暴》、《神经漫漫者》和《Johnny memomonic》已经深深印进了大众的心理，但精神控制和超人的能力已经不是今天大脑植入的东西了。到目前为止，世界上已有34人植入了电脑接口。gydF4y2Ba^{一个gydF4y2Ba}这些系统旨在恢复失去的视力、听力或身体或精神功能。gydF4y2Ba

数字植入前的神经植入物和电极阵列。gydF4y2Ba

例如，在斯坦福大学的BrainGate项目中，截瘫和中风患者可以使用实验性的BCIs操作电脑鼠标。当一个人思考并激活神经元时，芯片将信号转化为计算机或假肢上的实际运动。除了其他功能外，它还能让ALS(肌萎缩性侧索硬化症，一种影响大脑和脊髓神经细胞的神经退行性疾病)患者或脑干损伤患者通过控制电脑屏幕上的光标和虚拟键盘来说话。gydF4y2Ba^bgydF4y2Ba目前，该技术将思想转换为文本的速度约为每分钟90个字符。gydF4y2Ba

一些公司也在引入BCI接口。例如，贝莱德神经科技公司(Blackrock Neurotech)希望在今年年底前获得FDA对其部分设备的批准，该公司专注于恢复与大脑特定区域相关的运动、语言和感觉。该公司的一项神经植入物已经通过使用BCI植入物和机动外骨骼，帮助一位因中风而部分瘫痪的患者重新使用左臂。gydF4y2Ba^cgydF4y2Ba“我们正在稳步克服技术和实践上的障碍，”索尔茨巴赫说。gydF4y2Ba

另一家公司Paradromics开发了一种脑机接口，旨在恢复运动和听力。Science Corp.也是一家新兴公司，它的目标是将信号传输到大脑视觉皮层的视网膜植入物。这项技术可以恢复盲人的视力，但也可以为视力正常的人增强图像。生物医学工程师兼首席执行官马克斯·霍达克在一篇博客文章中写道:“未来不是更好的智能手机或增强现实眼镜，而是让感官本身直接可编程，甚至可能完全添加新的感官。”gydF4y2Ba^dgydF4y2Ba

还有埃隆·马斯克的公司Neuralink。它的神经植入物让一只名叫Pager的猕猴只靠意念就能玩《Pong》。gydF4y2Ba^egydF4y2Ba研究人员植入了一个带有1024个电极的神经记录和数据传输设备gydF4y2BaN1链接gydF4y2Ba在猴子大脑的左右运动皮层中。在解码大脑信号并确定对动作做出反应的特定神经元后，他们为猴子配备了一个功能正常的BCI，用来测量即将到来或预期动作的速度。gydF4y2Ba

回到顶部gydF4y2Ba

物质财富gydF4y2Ba

就像棒球运动员不需要理解三角函数就能接住飞来的球一样，神经工程师不需要对大脑有确切的了解就能刺激正确的反应。索尔兹巴赫说，研究人员已经学会了解码信号，并将其与传输正确信息所需的电极密度相匹配，从而获得所需的反应。这些进步主要围绕着深度学习、机器学习和其他类型的人工智能的进步。gydF4y2Ba

神经植入物就在头骨表面之下——几乎不接触大脑表面。例如，Paradromics公司的1.5厘米方形芯片——大约和婴儿阿斯匹林一样大——使用了1600根铂铱微线，只深入大脑皮层1.5毫米。gydF4y2Ba^fgydF4y2Ba它和其他无线植入物使用NFC技术与计算机和其他电子设备进行通信。从本质上讲，这种植入式设备是大脑中特定神经细胞与设备之间的电信号转换器，这些设备包括传统的计算机、生物机械肢体和各种类型的假肢。gydF4y2Ba

---

“未来不是更好的智能手机或AR眼镜;它使感官本身直接可编程，甚至可能完全添加新的感官。”gydF4y2Ba

---

霍达克说，尽管该领域取得了显著的进展，但处理人类头盖骨施加的生理和生理限制是一项艰巨的任务。“大脑里没有空闲的空间。如果你试图把任何东西放进大脑里，不管它有多小，多灵活，你都会导致出血和损伤。在某些情况下，这不是问题，也很容易在临床上证明其合理性，但它至少会限制扩展和升级能力。”gydF4y2Ba

可以肯定的是，神经植入物必须具有生物相容性和一定程度的灵活性，同时还要防止移动和对大脑造成损伤。它们必须避免在大脑的含盐液体中被腐蚀，并在数年内保持生物相容性，甚至可能成为人类的“救生圈”。然而，罗杰斯解释说:“在浸泡在脑脊液中长时间安全稳定运行的生物兼容高性能电子系统是极其困难的。”gydF4y2Ba

工程上的障碍还不止于此。罗杰斯是脑机接口和柔性电子领域的先驱，他说，还有一些问题与晶体管的大小、芯片的形状以及通过无线接口传输所需数据的能力有关。工程师们通常依赖于金属、碳纳米管和导电聚合物，这些材料可以使用多年。例如，Blackrock Neurotech的设备有不同的形状和形式，由玻璃、陶瓷、液晶聚合物(LCP)、硅和环氧粘合剂等材料制成。gydF4y2Ba^ggydF4y2Ba

回到顶部gydF4y2Ba

心灵控制gydF4y2Ba

毫无疑问，通过神经植入，有些问题比其他问题更容易解决。例如，听觉和视觉是基于非常特定的、非常狭窄的神经元集合，而科学家对这些神经元非常了解。相比之下，痴呆症、成瘾和抑郁症等疾病则要模糊得多。Hodak说，科学家们是否能制造出处理这些更广泛情况的芯片还不得而知，因为“这需要对大脑有更复杂的理解，需要更先进的工程技术。”gydF4y2Ba

一些人将大脑植入设想为一种获得优势的方式，从生活技巧到商业领域，这也不足为奇。例如，2016年作为超人类主义候选人竞选美国总统的未来主义者、企业家和作家佐尔坦·伊斯特万(Zoltan Istvan)，大约5年前就在体内植入了一个芯片。这种芯片可以让他登录电脑，不用钥匙或密码就能打开房子的前门。伊斯特万说，他的大脑植入芯片没有问题。gydF4y2Ba

“把谷歌搜索和谷歌地图直接输入我的大脑，这个想法很有吸引力。没有设备的实时翻译语言的能力将是不可思议的，”伊斯特万说。事实上，他采取的是一种实用主义和宿命论的观点。“这项技术正在到来，它将成为一个价值万亿美元的产业，不管人们相信什么，它最终将超越医学，进入日常生活领域。”他相信人们将通过大脑植入来寻求各种各样的能力，就像他们现在通过整容手术来增强他们的身体一样。gydF4y2Ba

可以肯定的是，围绕脑机接口的伦理和道德问题不容忽视。如果能增强认知功能的芯片出现了，像伊斯特万这样的人也能得到它们，那么究竟谁能获得这项技术，以及它是否会放大现有的社会经济分歧，就会出现问题。对于专制政府或其他使用神经植入物控制公民思想和行为的人的担忧也存在。罗杰斯说，虽然完全的精神控制仍然是遥不可及的，但最近的动物实验证实，通过使用细胞级发光二极管(led)和对神经元本身进行某些类型的基因修饰来调节动物群体的大脑活动，是有可能对它们进行配对和解对的。gydF4y2Ba^hgydF4y2Ba

---

不难想象，政府或大脑黑客可能希望控制个人的基本冲动。gydF4y2Ba

---

这种能力可能是有益的，也可能是有害的。一方面，在中风或痴呆发作后，至少部分地对一个人的大脑进行重新编程是可能的。另一方面，不难想象政府或大脑黑客可能希望控制个人的基本冲动。在一项实验中，研究人员对一个病人的大脑进行了重新编程，让他在神经装置打开时喜欢约翰尼·卡什(Johnny Cash)的音乐，但一旦神经装置关闭，这个人就突然对音乐失去了兴趣。gydF4y2Ba^我gydF4y2Ba

回到顶部gydF4y2Ba

头开始gydF4y2Ba

最后，罗杰斯认为神经植入技术所能达到的效果是有限的。“严重的神经生成涉及到神经元关键网络的永久丧失。因此，问题变成:是否有可能用人造电子产品来填补或弥合这些空白?这是一个没有明确路径的额外挑战，部分原因是我们对大脑功能的理解仍然不完整。可能还需要很多年才能达到对如何将技术与人脑最佳结合的高级理解水平。”gydF4y2Ba

事实上，没有明显的答案，也没有明确的前进道路。与所有科学技术一样，神经植入将为一些人带来巨大好处，但也会放大误用和滥用的风险。gydF4y2Ba

尽管如此，索尔兹巴赫仍然保持乐观:“在10年或15年内，我们可以缓解与许多神经系统疾病相关的问题——我们可能会取代许多有显著副作用的药物。这项技术可能会对人们的生活质量产生深远影响。”gydF4y2Ba

进一步的阅读gydF4y2Ba

蒋、昌、元、s.m.、奥斯本、a.l.、余、k.j.、特朗普斯、本特、B.、王、昌、薛、Y.、敏、S.、伍兹、V.、余、C.、金、B.、胡克、R.、李、J.、徐、K.、维塔莱、F.、理查德森、方、H.、黄、Y.、谢帕德、K.、白萨兰、B.、罗杰斯、j.a.、维文迪、J。gydF4y2Ba
用于啮齿类动物和非人灵长类动物的高清晰度、长期记录的神经接口的开发，gydF4y2Ba科学转化医学gydF4y2Ba2020年4月8日。第12卷538期。gydF4y2Bahttps://www.science.org/doi/abs/10.1126/scitranslmed.aay4682gydF4y2Ba

Chiang, C.， Wang, C.， Barth, K.， Rahimpour, S.， Trumpis, Duraivel, S.， Rachinskiy, I.， Dubey, A.， Wingel, K.E.， Wong, M.， Witham, n.s.， Odell, T.， Woods, V.， Bent, B.， Doyle, W.， Friedman, D.， Bihler, E.， Reiche, C.F, Southwell, d.g.， Lad, S.P，德沃尔，S.， Devinsky, O.， Solzbacher, F.， Pesaran, B.， Cogan, G.，和Viventi, J.。gydF4y2Ba
用于人类和动物神经研究的柔性高分辨率薄膜电极，gydF4y2Ba神经工程学报gydF4y2Ba2021年6月17日。18卷4号。gydF4y2Bahttps://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-2552/ac02dc/metagydF4y2Ba

达斯，R.，莫拉迪，F.和海德，H.。gydF4y2Ba
生物集成和无线供电的植入式大脑设备:综述。gydF4y2BaIEEE XploregydF4y2Ba， 2020年4月，第14卷第2期，第343-358页。gydF4y2Bahttps://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8960457gydF4y2Ba

Silversmith, d.b.， Abiri, R.， Hardy, n.f.， Natraj, N.，图-陈，A.， Chang, e.f.，和Ganguly, K.。gydF4y2Ba
通过神经图谱稳定实现脑机接口即插即用控制，gydF4y2Ba自然生物技术gydF4y2Ba, 2020年9月。第39卷，326-335页。gydF4y2Bahttps://www.nature.com/articles/s41587-020-0662-5gydF4y2Ba

回到顶部gydF4y2Ba

回到顶部gydF4y2Ba

数字图书馆是由计算机协会出版的。版权所有©2022 ACM, Inc.gydF4y2Ba

---

没有发现记录gydF4y2Ba