上个月,我国的研究团队,在脑机接口领域,又取得了新突破。
研究人员第一从将介入式的脑机接口设备,从试验体内安全取出,这意味着介入式脑机接口的技术,在安全性上有了进一步提高。
脑机接口相信很多人都不陌生,近年来国内外都有不少研究。然而这一次,我国的突破究竟有何不同?比起以往国外的实验有何优势?
羊体内的介入式设备成功取出
这一次的成功,简单来说就是将此前植入到试验体脑中的设备取出来了。马斯克公司在该领域研究使用的试验体是猪和猴子,我国团队使用的试验体是羊。
那么,介入式脑机接口又是什么呢?它是一种微创侵入式的脑机连接研究领域。
目前在脑机接口研究领域主要有三大类型。第一种是非侵入式,所用连接设备不侵入大脑,只是贴合着大脑进行信号的收集和连接。
像那种研究出来的佩戴式设备,戴在头上设备在外部监测大脑的信号,而后再将这种信号跟设备相连转化成各种指令。
第二种方式就是侵入式的。顾名思义,需要将大脑切开,把采集信号的设备植入大脑中,然后才能和外部设备连接。
马斯克公司研究的,就是侵入式的脑机接口技术。此前在猪和猴子身上做实验,都是将设备植入到了它们的大脑中。
目前,马斯克的公司根据此前积累的经验,已经打算在人身上进行临床试验了。方法依旧是切开大脑,将设备植入,然后再测试连接情况。
第三种方式便是介入式方式,乍一看和第二种方法有些相同,但两者还是存在区别的。
侵入式技术,设备需要植入到大脑深处,可能是出于技术需要,也可能是因为设备本身的体积较大,需要植入的更深。
而介入技术,是将设备植入到血管中。相比于侵入式,手术是微创的,所用设备微小,由此给大脑造成的创伤面更小。
它的优势就在于,由于将连接设备植入到了大脑中,信号的采集、转化等各个方面都更灵敏,信号质量更高。
而这次我国的成就,就是将此前植入到羊大脑中的设备,通过微创手术成功取了出来。
这也就意味着,此前从设备的植入再到取出,整个试验流程都成功完成,试验羊本身也依然保持健康状态。
大脑,不管是人类还是动物,都是最复杂的器官。人的大脑中,神经元至少有1000多亿个,由神经元组成的神经元连接,也有100多万亿个以上。
这样庞大的规模,可想而知大脑的结构有多么的复杂。脑机接口技术,研究的难度就在于植入设备的过程中,不会对大脑带来损害和影响。而且,设备此后还能成功从大脑中取出来。
整个实验过程中,试验羊并没有出现任何排异反应,这就意味着介入设备在植入大脑后,能够和生物体兼容,设备的运行也经过了成功验证。
取出的过程中,更没有损伤到脑组织和血管。下一步随着技术的不断成功,就能逐步开启在人体上的临床试验了。
近期的试验,研究的是设备从大脑中安全取出的步骤。那么介入技术此前在植入大脑中的试验里,又取得了哪些成功呢?
介入技术让猴子心想事成
去年5月份,我国团队成功把设备植入到了试验猴子体内,这是世界上第一次介入式的脑机接口试验。
所用的设备,不用通过在大脑打洞植入,只需通过介入技术,将设备植入到大脑的血管里即可。
而介入技术目前在医学上已成熟应用,相比于侵入式技术,它的安全性相对更有保障。整个试验过程也很成功。
猴子被植入设备后,外部的设备和机械臂连接。过程中把食物放在猴子旁边,它大脑中产生了想用手去拿的冲动,但由于手臂被绑住了,拿不到食物。
但由于大脑产生了想吃食物的信号,介入设备又把信号传输到了体外,于是信号操纵着机械手臂,顺利将食物送到了猴子的嘴里。
也就是说,大脑中想什么,其产生的生物信号都能被介入设备接收。而后信号传输到体外,就能形成操作指令。换言之,未来技术成熟了的话,不用动手只要大脑想象,就能操作机械完成各种指令。
这意味着什么呢?像哪些没有手臂的残疾人,或者是瘫痪的病人,未来通过脑机接口技术,操纵外部的机械手臂,就能实现像正常人一样取用各种物品。
当然,现代的技术还没有达到相当灵活和相当复杂的程度,大脑发出的信号,介入设备的传输和转化,还不能百分之百的捕捉到。
很多复杂的动作和指令,外部的接收设备还操作和识别不了。也就是说,未来围绕技术,还需要做更多的强化训练。
这其中的关键就在于,目前科学家研究的设备,有多大程度可灵敏捕捉大脑信号,又有多大程度能够很好的将信号转化成外部的操作指令。
植入设备要用到哪些技术
听起来,介入技术就是把一种接收设备植入到大脑即可,然而背后涉及到的技术是多领域的。毕竟,大脑精密又复杂,作为生物体对于任何物质还可能会产生排异反应。
所以,这项技术首先要关注的,就是植入设备用什么样的材料来制造。
这些材料要能和大脑兼容,植入后不会伤害脑组织,而且在长期的运行中,能够和大脑有效结合。
目前,没有公开信息提及,国内团队使用的是什么材料。不过此前有专家表示,这类材料很柔软,且和大脑有着很高的兼容性。
其次,植入的设备,简单来说就是一个信号接收和传输装置,那它也同样分为硬件和软件部分。
硬件部分,就和安装在手机和电脑里的芯片器件一样。不同的是,这种设备是在大脑中工作的,所以整体上需要是专用的硬件,要和其他类似的装置有区别。
至于软件领域,考验的是设备本身的信息接收和解读能力。设备很小,而大脑在思考中产生的信号规模又很大。这就意味着,设备的算法要精准和快速。
举个简单的例子,人大脑中产生的想法也就是信号,指挥着身体的各个区域。你在街上行走突然迎面开来一辆车,大脑产生躲避的信号,而后能快速指挥身体躲开。
想象一下,如果是通过脑机接口发出类似指令,大脑中接受设备的运算能力如果很慢,就不能将大脑的指令快速传递。这样一来,身体肯定就躲不开汽车。
最后一点,便是涉及到的医疗领域。不管是将设备植入大脑还是将设备取出,都需要超高的医疗技术做支撑,而且整个过程还需要用医疗技术来保证参与者的身体健康。
就像段峰研究团队近期的成功试验一样,成功从大脑中取出设备,意味着医疗技术在该领域是过关的。
假设医疗技术领域不过关,未来该项技术应用到人体,肯定会产生不必要的伤亡。比如此前马斯克的公司在研究中,参与试验的很多猴子,都因为各种原因而死了。
这就充分说明,在该项技术真正推广之前,还有大量的研究工作需要做。
想象和现实的差距还有多大
像《黑客帝国》里的脑机接口技术,连接上设备,人的大脑就仿佛变成了一个外接硬盘,可以随意往里面存储信息。
如果这种技术出现的话,未来的人类就不用学习,直接把知识储存到大脑里就什么都学会了。
要是技术更进一步的话,还能通过外接设备把人的意识抽取出来,储存到其他人体内,或者是直接存储到外部硬盘里。
意识可以自由上传和读取,那就意味着人类实现了永生。但显而易见的是,目前人类的研究还远远达不到这样的程度。
此前段峰在接受媒体采访时曾表示,目前围绕脑机接口的研究,很多都还处在概念领域,连技术可能实现的雏形都还没有。
就比如读取人的意识,或者是两个人纯粹靠意念进行交流,现在的技术根本达不到这样的层次。
表面上来看,通过植入大脑的设备,可以接收到脑部信号。实际上,这类信号仅仅是大脑里运动脑区的信号,这并非人产生的意念,仅仅是最底等级的条件反射。
而要想真正读取意念,甚至让人与人之间实现意念交流,现在的脑机接口技术达不到。甚至在科学家看来,未来更高层次的技术,甚至研究方向都不一样。
在段峰看来,目前的脑机接口技术,未来应用到人身上,能帮助一些残障人士完成基本的肢体操作,就是一种相当大的进步了。
而要研究意念层面的脑机接口技术,整个科学界还要走很远的路。
结语
此次脑机接口的成功,是在试验中证实了植入设备取出过程的安全性。虽然段峰还没有给出未来进行人体试验的时间表,但随着技术的成功,接下来的临床试验应该不会远了。
而在国外,马斯克的公司,已经在为下一步的临床试验,招募试验者了。很显然,参与者将面临九死一生的考验。
先前国内外的一系列试验,都还是在动物身上进行的。随着相关研究不断向纵深迈进,未来即便还有风险,临床试验也会逐步展开。科学的每一次进步,都是在各种风险和未知中推进的。
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