《自然》：腦機(jī)接口正在揭示更多大腦隱藏的秘密
·腦機(jī)接口為研究人員提供了一種獨(dú)特的方法來探索人腦的組織方式。比如，對(duì)腦機(jī)接口的研究顛覆了傳統(tǒng)大腦解剖的假設(shè)，同時(shí)，這些研究還有助于科學(xué)家們了解腦機(jī)接口本身對(duì)大腦的影響，以及如何改進(jìn)這些設(shè)備的性能和功能。
移動(dòng)假肢、控制一個(gè)會(huì)說話的頭像、快速打字……這些都是癱瘓患者通過使用腦機(jī)接口（BCI）做的事情。
腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface，BCI），即大腦與機(jī)器相連的接口，它在大腦與外部設(shè)備之間建立了一個(gè)能夠直接傳送信號(hào)的通路，這些通路捕獲大腦的神經(jīng)活動(dòng)，解碼器系統(tǒng)分析這些信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為命令。
當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月20日，《自然》（Nature）雜志發(fā)文討論了腦機(jī)接口的未來發(fā)展及意義。文章稱，腦機(jī)接口為研究人員提供了一種獨(dú)特的方法來探索人腦的組織方式。比如，對(duì)腦機(jī)接口的研究顛覆了傳統(tǒng)大腦解剖的假設(shè)，揭示了大腦不同區(qū)域之間的邊界和功能描述并不像人們想象的那樣清晰明確，而是更加模糊和復(fù)雜。同時(shí)，這些研究還有助于科學(xué)家們了解腦機(jī)接口本身對(duì)大腦的影響，以及如何改進(jìn)這些設(shè)備的性能和功能。
模糊的邊界
美國斯坦福大學(xué)（Stanford University）的神經(jīng)科學(xué)家Frank Willett指出，腦機(jī)接口技術(shù)使得科學(xué)家們有機(jī)會(huì)記錄大腦多個(gè)區(qū)域的單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，“這種記錄方式是以往無法實(shí)現(xiàn)的，并且對(duì)于理解大腦的功能和機(jī)制非常重要。”
加州大學(xué)（University of California）的神經(jīng)外科醫(yī)生Edward Chang提到，腦機(jī)接口技術(shù)不僅可以記錄較短時(shí)間內(nèi)的神經(jīng)活動(dòng)，還能夠在較長(zhǎng)時(shí)間跨度內(nèi)對(duì)此進(jìn)行測(cè)量。這種能力使得科學(xué)家們可以研究一些需要較長(zhǎng)時(shí)間才能理解的現(xiàn)象，比如大腦的可塑性。因此，腦機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展為神經(jīng)科學(xué)研究提供了強(qiáng)大的工具，有助于深入理解大腦的工作原理和功能。
教科書通常將大腦區(qū)域描述為具有明確的邊界或分隔區(qū)，但腦機(jī)接口的記錄表明情況并非總是如此。
2023年，Willett的團(tuán)隊(duì)在一名患有運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元病（肌萎縮側(cè)索硬化癥，ALS，俗稱“漸凍癥”）的患者腦內(nèi)植入腦機(jī)接口，以實(shí)現(xiàn)語音生成。根據(jù)預(yù)測(cè)，神經(jīng)元們會(huì)分別調(diào)控各自“轄區(qū)內(nèi)”的肌肉，例如，有些神經(jīng)元負(fù)責(zé)下顎運(yùn)動(dòng)，有些負(fù)責(zé)喉嚨運(yùn)動(dòng)，有些則負(fù)責(zé)嘴唇運(yùn)動(dòng)。
事實(shí)卻與之相反。研究人員發(fā)現(xiàn)一種混合的情況，即不同目標(biāo)的神經(jīng)元（即調(diào)控不同肌肉的神經(jīng)元）混在一起，沒有按照預(yù)期的方式形成清晰的分組。 Willett描述：“從解剖學(xué)來看，這件事非常混雜。”
荷蘭烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)院（University Medical Center Utrecht）的神經(jīng)學(xué)家Nick Ramsey同樣發(fā)現(xiàn)了此問題。他們將腦機(jī)接口植入大腦的一個(gè)部位，該部位對(duì)應(yīng)手部運(yùn)動(dòng)。通常，大腦一個(gè)半球的運(yùn)動(dòng)皮層控制著身體對(duì)側(cè)的運(yùn)動(dòng)，即左半球控制右側(cè)身體部位的運(yùn)動(dòng)，右半球控制左側(cè)身體部位的運(yùn)動(dòng)。然而，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)受試者試圖移動(dòng)右手時(shí)，植入在左半球的電極接收到了不僅是右手的信號(hào)，還有左手的信號(hào)。這一發(fā)現(xiàn)是意料之外的，Nick Ramsey稱：“我們正在努力弄清這一現(xiàn)象是否對(duì)運(yùn)動(dòng)很重要。”
靈活的思維
此外，腦機(jī)接口還幫助研究人員揭示了大腦思考和想象的神經(jīng)模式。
荷蘭馬斯特里赫特大學(xué)（Maastricht University）的神經(jīng)科學(xué)家Christian Herff開發(fā)了一種腦機(jī)接口植入物，能夠在參與者低聲說話、或想象說話但不動(dòng)嘴唇時(shí)實(shí)時(shí)生成言語。Herff解釋，在低聲或想象說話時(shí)，腦機(jī)接口設(shè)備接收到的大腦信號(hào)與實(shí)際說話時(shí)的類似。
“這意味著即使有人無法說話，他們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^想象和腦機(jī)接口來溝通，這增加了臨床上通過腦機(jī)接口對(duì)話的人數(shù)。”
“即使身體不能做出反應(yīng)，癱瘓患者仍然保留著言語或運(yùn)動(dòng)的程序，這有助于研究人員對(duì)大腦的可塑性做出結(jié)論，即能夠在多大程度上重塑和重建大腦神經(jīng)通路。”《自然》文章寫道。
在腦機(jī)接口的實(shí)際應(yīng)用方面，走在最前列的無疑是特斯拉首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克（Elon Musk）。2月20日，馬斯克在一場(chǎng)Spaces直播活動(dòng)中透露，旗下的腦機(jī)接口公司Neuralink的首位人類受試者“似乎已完全康復(fù)，沒有出現(xiàn)我們所知的不良反應(yīng)，受試者只需要思考就可以在電腦屏幕上移動(dòng)鼠標(biāo)”。馬斯克還表示，Neuralink現(xiàn)在正試圖讓受試者盡可能多地點(diǎn)擊鼠標(biāo)按鈕。
在馬斯克的設(shè)想中，受試者可以通過思維控制電腦。“試想斯蒂芬·霍金的打字速度超過專業(yè)打字員的場(chǎng)景——這就是我們想達(dá)到的目標(biāo)。”馬斯克在談到Neuralink的第一款產(chǎn)品（Telepathy）時(shí)表示。
美國布朗大學(xué)（Brown University）腦機(jī)接口專家John Donoghue在接受《Scientific American》（科學(xué)美國人）采訪時(shí)表示：“目前的問題是，恢復(fù)感官輸入（如視覺）涉及大腦中的電刺激，與僅記錄單細(xì)胞神經(jīng)活動(dòng)相比是完全不同的。據(jù)我所知，還沒有任何證據(jù)表明目前的神經(jīng)植入物裝置可以以任何方式創(chuàng)建感官系統(tǒng)。”
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