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用意念开出的世界杯第一球已飞逝六年 距离人类“改造”还有多远?

2020/11/13 12:50:00 来源: 评论(0)4789

意念世界杯人类改造

2014年6月12日,在巴西圣保罗举办的世界杯开幕式上,T4级截瘫的巴西少年Juliano Pinto身披“机械战甲”,用意念开出了世界杯的第一球,这一幕惊艳了世界。

而让这一切成为现实的,是来自杜克大学医学院神经科学教授、脑机接口权威专家Miguel Nicolelis。

脑机接口(brain-computer interface)指的是大脑与外部设备之间进行直接连接,并实现大脑与设备的信息交换。早在1998年,Miguel Nicolelis便开始着手研究这一技术,其最初先是在猴子身上进行了实验,取得成功后,又进一步实现了人类实验。

2014年在全世界面前成功展示“意念开球”,这无疑是Miguel Nicolelis进行脑机接口研究的一个高光时刻,而随着时间的推移,脑机接口技术进展如何?除了脑机接口,人类还能进行怎样的“改造”?

近日,在2020腾讯科学WE大会期间,Miguel Nicolelis以及被誉为人造皮肤领域的“材料大师”的化学家、斯坦福大学化学工程系系主任鲍哲南分别通过视频形式接受了记者的采访,并讲述了他们正在着手研究的“改造人类”项目。

2014年巴西著名神经科学家Miguel Nicolelis展示了自己领军的神经装置项目“重新行走工程”。视觉中国

脑机接口

最近一次脑机接口引发外界关注,是今年8月份,特斯拉创始人马斯克向全球展示了三只被植入脑机芯片的小猪。从特斯拉到SpaceX,马斯克已经做了很多颠覆人们想象的事情,所以这一次,尽管他的实验对象还只是在动物阶段,但人们似乎已经开始畅想大脑植入芯片的场景。

然而,对于马斯克提出的“心灵感应”“数字永生”等概念,Miguel Nicolelis在接受采访时直言,这些说法没有任何科学基础,也不可能发生,这更像是一种用来吸引眼球的营销手段,“他讲的这些我一个字都不同意。”

同时,对于马斯克要采取的植入式方案,Miguel Nicolelis也认为这个思路是一个“死胡同”,因为在其看来,植入式方案仅适用于那些别无选择的、非常严重的患者,对于大部分人来说,还是应该采用非入侵式的,以脑电图为基础的解决方案。

“我除了是一名神经学家以外,更多的还是一名医生,所以患者安全是第一位的。”Miguel Nicolelis说,“任何一种入侵性的方式都有着自己的风险,此前,我们也做了很多对动物的植入实验,但人和动物毕竟不一样。”

同样的道理,Miguel Nicolelis对不少学者提出的“光敏控制”也持怀疑态度,因为这种技术需要向大脑里注入化学制剂,这也将带来非常复杂的安全问题。

Miguel Nicolelis称,脑机接口技术的一些潜在应用确实会引起人们的关切,但其最关注的,主要是在医学方面对人类的帮助,“我们采用脑机接口技术的最终目的是满足患者的需求,而不是单纯从技术角度炫技。”

据悉,Miguel Nicolelis研究最初是从脊髓损伤开始,目前,其研究的第三代脑机接口已经开始转向更加多样化的神经紊乱研究。

比如那个在世界杯上开球的巴西少年Juliano Pinto,此前,他因为车祸导致脊柱T4以下瘫痪已经9年。而借助Miguel Nicolelis团队制作的机械外骨骼,他重新站立行走,并且是在自己的控制之下。

不仅如此,在经过为了世界杯的10个月训练之后,Juliano Pinto的瘫痪等级也从T4以下变为T11以下,这意味着,Juliano Pinto有7节脊椎恢复了感知和活动功能。

随后,Miguel Nicolelis发现,瘫痪患者通过坚持训练,甚至能不再依靠机械外骨骼行走。2016年,Miguel Nicolelis也发表一篇首次记录最高等级的脊柱损伤造成完全瘫痪10年后,病人恢复部分身体功能的论文。

Miguel Nicolelis表示,过去20年间,领域内关键原则的共识正在不断地增长,这也就是脑机接口技术发展的一个基础。而领域内即将形成的共识是:大脑活动是通过大量神经元协调活动来实现的,而不是某些具有专门功能的、特定细胞的活动。

对于未来,Miguel Nicolelis认为,脑机接口技术能够统一神经和精神障碍治疗理论,并用来为相关患者创造更好的疗法,包括慢性抑郁、帕金森、慢性癫痫以及一些认知障碍等。

电子皮肤

与Miguel Nicolelis的脑机接口不同,鲍哲南研究的是“电子皮肤”。“电子皮肤”实际上是对像人类皮肤一样具有柔韧性甚至可拉伸性,且具有感知外界温度、压力和湿度等功能的电子传感器件的统称。

鲍哲南向记者表示,要想实现电子皮肤,要解决三个问题。首先是所使用的电子材料能像皮肤一样柔软、拉伸,甚至可以自修复及生物降解,其次是让这些材料具有感知能力,最后则是要让人造皮肤能够和人体结合,把皮肤的信号传递给大脑。

经过多年研究,鲍哲南找到了符合上述条件的电子材料。2008年,鲍哲南的团队首次提出使用有机高分子电子材料来研究“人造皮肤”,成为最早开展该领域研究的科研团队之一。近日,鲍哲南因“在导电聚合物分子设计及其应用领域所做的广泛且具有颠覆性的研究,以及在人造电子皮肤和其他生物电子器件开发方面的突出贡献”,成为了美国化学会“ACS Central Science颠覆者与创新者奖”的首位获奖者。

目前,鲍哲南团队已经把它植入到实验老鼠的身体,且经过2个月的观察,老鼠仍可以正常的运动和生活。鲍哲南称,这已证明人造皮肤确实可以和生物体系相容,但是,这些人造皮肤要真正用到人的身上还需要时间。

虽然还无法在人体上实验,但鲍哲南已经尝试对人造皮肤技术进行应用。比如他们开始把人造皮肤放在机器人身上,当它能感受触摸的感觉时,这些传感器就可以和机器人的应用结合起来。如果这个看起来还有些遥远,那加入人造皮肤的可穿戴医疗器械,或许会更先一步得到应用。

鲍哲南表示,在研究人造皮肤的同时,他们也产生了很多新的启发。比如对于新生婴儿,他们非常脆弱,如果要监测他们的血压,需要用针刺进他们的血管,这可能会造成很大伤害,所以医生通常选择不去测婴儿血压,如果借助人造皮肤,则可以将其轻轻贴到婴儿身上,实现血压测试。

对于人造皮肤未来的想象,鲍哲南认为它可以和脑机相结合。“用人造皮肤做脑机结合的好处是,它因为不需要用金属材料和神经接触,所以不会对神经产生伤害,这能够在保证安全的前提下,获得更准确的信号。”

至于人造皮肤的成本,鲍哲南则认为它将可以使用大批量生产的工艺,就类似用印刷的方式去制作人造皮肤,“人造皮肤和先进制造是紧密结合的,先进制造将使得我们可能且可以自己设计所需要的人造皮肤。”

 

责任编辑:第一时间
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