作者:姚易琪 来源:澎湃新闻 发布时间:2024/2/23 11:06:21
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《自然》:脑机接口正在揭示更多大脑隐藏的秘密

 

·脑机接口为研究人员提供了一种独特的方法来探索人脑的组织方式。比如,对脑机接口的研究颠覆了传统大脑解剖的假设,同时,这些研究还有助于科学家们了解脑机接口本身对大脑的影响,以及如何改进这些设备的性能和功能。

移动假肢、控制一个会说话的头像、快速打字……这些都是瘫痪患者通过使用脑机接口(BCI)做的事情。

脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI),即大脑与机器相连的接口,它在大脑与外部设备之间建立了一个能够直接传送信号的通路,这些通路捕获大脑的神经活动,解码器系统分析这些信号并将其转换为命令。

当地时间2月20日,《自然》(Nature)杂志发文讨论了脑机接口的未来发展及意义。文章称,脑机接口为研究人员提供了一种独特的方法来探索人脑的组织方式。比如,对脑机接口的研究颠覆了传统大脑解剖的假设,揭示了大脑不同区域之间的边界和功能描述并不像人们想象的那样清晰明确,而是更加模糊和复杂。同时,这些研究还有助于科学家们了解脑机接口本身对大脑的影响,以及如何改进这些设备的性能和功能。

模糊的边界

美国斯坦福大学(Stanford University)的神经科学家Frank Willett指出,脑机接口技术使得科学家们有机会记录大脑多个区域的单个神经元的活动,“这种记录方式是以往无法实现的,并且对于理解大脑的功能和机制非常重要。”

加州大学(University of California)的神经外科医生Edward Chang提到,脑机接口技术不仅可以记录较短时间内的神经活动,还能够在较长时间跨度内对此进行测量。这种能力使得科学家们可以研究一些需要较长时间才能理解的现象,比如大脑的可塑性。因此,脑机接口技术的发展为神经科学研究提供了强大的工具,有助于深入理解大脑的工作原理和功能。

教科书通常将大脑区域描述为具有明确的边界或分隔区,但脑机接口的记录表明情况并非总是如此。

2023年,Willett的团队在一名患有运动神经元病(肌萎缩侧索硬化症,ALS,俗称“渐冻症”)的患者脑内植入脑机接口,以实现语音生成。根据预测,神经元们会分别调控各自“辖区内”的肌肉,例如,有些神经元负责下颚运动,有些负责喉咙运动,有些则负责嘴唇运动。

事实却与之相反。研究人员发现一种混合的情况,即不同目标的神经元(即调控不同肌肉的神经元)混在一起,没有按照预期的方式形成清晰的分组。 Willett描述:“从解剖学来看,这件事非常混杂。”

荷兰乌得勒支大学医学院(University Medical Center Utrecht)的神经学家Nick Ramsey同样发现了此问题。他们将脑机接口植入大脑的一个部位,该部位对应手部运动。通常,大脑一个半球的运动皮层控制着身体对侧的运动,即左半球控制右侧身体部位的运动,右半球控制左侧身体部位的运动。然而,实验中发现,当受试者试图移动右手时,植入在左半球的电极接收到了不仅是右手的信号,还有左手的信号。这一发现是意料之外的,Nick Ramsey称:“我们正在努力弄清这一现象是否对运动很重要。”

灵活的思维

此外,脑机接口还帮助研究人员揭示了大脑思考和想象的神经模式。

荷兰马斯特里赫特大学(Maastricht University)的神经科学家Christian Herff开发了一种脑机接口植入物,能够在参与者低声说话、或想象说话但不动嘴唇时实时生成言语。Herff解释,在低声或想象说话时,脑机接口设备接收到的大脑信号与实际说话时的类似。

“这意味着即使有人无法说话,他们仍然可以通过想象和脑机接口来沟通,这增加了临床上通过脑机接口对话的人数。”

“即使身体不能做出反应,瘫痪患者仍然保留着言语或运动的程序,这有助于研究人员对大脑的可塑性做出结论,即能够在多大程度上重塑和重建大脑神经通路。”《自然》文章写道。

在脑机接口的实际应用方面,走在最前列的无疑是特斯拉首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)。2月20日,马斯克在一场Spaces直播活动中透露,旗下的脑机接口公司Neuralink的首位人类受试者“似乎已完全康复,没有出现我们所知的不良反应,受试者只需要思考就可以在电脑屏幕上移动鼠标”。马斯克还表示,Neuralink现在正试图让受试者尽可能多地点击鼠标按钮。

在马斯克的设想中,受试者可以通过思维控制电脑。“试想斯蒂芬·霍金的打字速度超过专业打字员的场景——这就是我们想达到的目标。”马斯克在谈到Neuralink的第一款产品(Telepathy)时表示。

美国布朗大学(Brown University)脑机接口专家John Donoghue在接受《Scientific American》(科学美国人)采访时表示:“目前的问题是,恢复感官输入(如视觉)涉及大脑中的电刺激,与仅记录单细胞神经活动相比是完全不同的。据我所知,还没有任何证据表明目前的神经植入物装置可以以任何方式创建感官系统。”

 
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