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2018年的脑科学怎么研究

□刘 霞

  人脑可谓人体最复杂、最神秘的器官,无数科学家殚精竭虑,也不过才揭开其奥秘的冰山一角。

  21世纪是脑科学时代。为了进一步了解大脑,监测大脑活动的研究进行得如火如荼,已在学术界和商业界掀起一股淘金热。《科学美国人》杂志在近日的报道中指出,2018年,科学家将继续在脑科学领域深耕,该领域最值得期待的三大技术当属神经尘埃、大脑打字以及迷你大脑。

  神经尘埃:神经元和外部数字世界的“桥梁”

  2016年1月,美国国防部高级研究计划局(DARPA)宣布,投资6500万美元开展“神经工程系统设计”(NESD)项目,旨在研发一种能在大脑与数字世界之间实现精准通信的植入式系统。这种接口可将大脑神经元的电化学信号转化成信息技术语言的0和1。该研究有望增进科学家们对视觉、听觉、语言神经基础的理解,并最终为神经缺陷患者带来新的疗法。

  该计划的第一步是监测神经元的电化学信号。DARPA表示,如果一次可以监测100万神经元的电化学信号,就足够了。为此,美国布朗大学的科学家正在研制包含有电极的盐粒大小的“神经颗粒”(neurograin),以探测神经元的放电等,所有这些都通过无线电频率天线进行。

  而加州大学伯克利分校工程与计算机科学教授米歇尔·马哈比斯研制的“神经尘埃”(neural dust)已能做到这一点。2016年,他和同事们在一项针对大鼠的研究中报告说,这些微小的无线设备可监测神经元的“一举一动”。团队的主要科学家都加入了埃隆·马斯克的初创公司“神经链接”(Neuralink),该公司是与日俱增的脑科学初创企业中的翘楚。

  现在,马哈比斯团队正努力让“神经尘埃”接收外部信号,并使神经元能以特定方式放电。马哈比斯说,这种“神经尘埃将是有史以来研制的最小刺激器”。

  最终,科学家们希望能通过这项设备获得神经代码——比如,让这些设备传输瘫痪病人行走所需的准确代码。他们也在破译理解口语的神经代码。尽管上述研究可能会引发一些伦理问题,但专家表示,这样的问题在神经科技领域并不鲜见。

  大脑打字:将思想转化为文本

  马斯克当然不会是唯一一个对人类大脑感兴趣的亿万富翁。脸书(Facebook)公司也正在全速推进其“沉默的演讲”计划。

  该项目负责人、神经科学家马克·谢夫勒特说,很少有人在工作中使用语音助手,因为人们不喜欢在别人面前大声说出他们想要发表的内容。但如果你能直接从大脑打字,你就可以快速地将思想转化为文本,而不需要说出来。而且,早期测试告诉我们,这不只是科幻小说中出现的情节。谢夫勒特说:“那里(大脑)有信号,你可以利用它。”

  Facebook高级技术中心已经运行“思想驱动打字”项目两年。2016年,谢夫勒特离开约翰·霍普金斯大学加入该团队。2018年,该项目有望实现每分钟打100字的速度,将思想转化为文本,比现在的脑机接口快20倍。据悉,目前能实现的“意念打字”纪录是每分钟8个词,并且需要使用植入电极。

  谢夫勒特表示,为了达成目标,他的团队将双管齐下。一队致力于开发可以读出高质量神经数据的非侵入技术;另一队致力于大脑科学,尤其是更好地掌握语言和表达机制。

  人脑类器官:慢慢撕去“迷你”标签

  5年前,奥地利科学家发现了用干细胞培育人脑组织的方法,人脑类器官自此取得惊人进展。现在,有很多科学家正在利用人类干细胞创造三维类器官,这些类器官可以发育成功能神经元、大脑皮质,以及其他模拟全尺寸器官的结构。

  制造大脑类器官的技术发展非常快,就在2017年12月,研究人员仅花费数周而非数月,启动这一过程,创建出了大脑类器官。我们有理由期望2018年获得更接近现实的突破。

  大脑类器官对于研究大脑和脑部疾病非常重要。比如,那些源自遗传性精神障碍(如精神分裂症)患者的干细胞制成的大脑类器官,将有望揭示这些患者的大脑发育到底出了什么问题。

  尽管如此,科学家指出,真正值得我们期待的是以下两大技术进步。一是给类器官供血,哈佛大学的乔治·切奇据悉已经做到了这一点,只是没有公开发表研究成果。“血管化”可使大脑类器官的直径由目前的四分之一英寸变大一点,或许可以让其摆脱“迷你”标签,成为一个真正成熟的实验室培育大脑。

  二是赋予大脑类器官一种感官输入(或许可通过视网膜),有传言说有一个实验室已经成功了。从理论上来说,这可能让这些小小的大脑类器官拥有体验。

  脑科学作为新的科技“边疆”,其进展不仅关乎人类的健康和福祉,也关乎未来的生产力,有望深刻改变社会。2018年或许是见证奇迹的时刻。

(据科技日报)

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