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用意念開出的世界杯第一球已飛逝六年 距離人類“改造”還有多遠?

2020/11/13 12:50:00 來源: 評論(0)4789

意念世界杯人類改造

2014年6月12日,在巴西圣保羅舉辦的世界杯開幕式上,T4級截癱的巴西少年Juliano Pinto身披“機械戰甲”,用意念開出了世界杯的第一球,這一幕驚艷了世界。

而讓這一切成為現實的,是來自杜克大學醫學院神經科學教授、腦機接口權威專家Miguel Nicolelis。

腦機接口(brain-computer interface)指的是大腦與外部設備之間進行直接連接,并實現大腦與設備的信息交換。早在1998年,Miguel Nicolelis便開始著手研究這一技術,其最初先是在猴子身上進行了實驗,取得成功后,又進一步實現了人類實驗。

2014年在全世界面前成功展示“意念開球”,這無疑是Miguel Nicolelis進行腦機接口研究的一個高光時刻,而隨著時間的推移,腦機接口技術進展如何?除了腦機接口,人類還能進行怎樣的“改造”?

近日,在2020騰訊科學WE大會期間,Miguel Nicolelis以及被譽為人造皮膚領域的“材料大師”的化學家、斯坦福大學化學工程系系主任鮑哲南分別通過視頻形式接受了記者的采訪,并講述了他們正在著手研究的“改造人類”項目。

2014年巴西著名神經科學家Miguel Nicolelis展示了自己領軍的神經裝置項目“重新行走工程”。視覺中國

腦機接口

最近一次腦機接口引發外界關注,是今年8月份,特斯拉創始人馬斯克向全球展示了三只被植入腦機芯片的小豬。從特斯拉到SpaceX,馬斯克已經做了很多顛覆人們想象的事情,所以這一次,盡管他的實驗對象還只是在動物階段,但人們似乎已經開始暢想大腦植入芯片的場景。

然而,對于馬斯克提出的“心靈感應”“數字永生”等概念,Miguel Nicolelis在接受采訪時直言,這些說法沒有任何科學基礎,也不可能發生,這更像是一種用來吸引眼球的營銷手段,“他講的這些我一個字都不同意。”

同時,對于馬斯克要采取的植入式方案,Miguel Nicolelis也認為這個思路是一個“死胡同”,因為在其看來,植入式方案僅適用于那些別無選擇的、非常嚴重的患者,對于大部分人來說,還是應該采用非入侵式的,以腦電圖為基礎的解決方案。

“我除了是一名神經學家以外,更多的還是一名醫生,所以患者安全是第一位的。”Miguel Nicolelis說,“任何一種入侵性的方式都有著自己的風險,此前,我們也做了很多對動物的植入實驗,但人和動物畢竟不一樣。”

同樣的道理,Miguel Nicolelis對不少學者提出的“光敏控制”也持懷疑態度,因為這種技術需要向大腦里注入化學制劑,這也將帶來非常復雜的安全問題。

Miguel Nicolelis稱,腦機接口技術的一些潛在應用確實會引起人們的關切,但其最關注的,主要是在醫學方面對人類的幫助,“我們采用腦機接口技術的最終目的是滿足患者的需求,而不是單純從技術角度炫技。”

據悉,Miguel Nicolelis研究最初是從脊髓損傷開始,目前,其研究的第三代腦機接口已經開始轉向更加多樣化的神經紊亂研究。

比如那個在世界杯上開球的巴西少年Juliano Pinto,此前,他因為車禍導致脊柱T4以下癱瘓已經9年。而借助Miguel Nicolelis團隊制作的機械外骨骼,他重新站立行走,并且是在自己的控制之下。

不僅如此,在經過為了世界杯的10個月訓練之后,Juliano Pinto的癱瘓等級也從T4以下變為T11以下,這意味著,Juliano Pinto有7節脊椎恢復了感知和活動功能。

隨后,Miguel Nicolelis發現,癱瘓患者通過堅持訓練,甚至能不再依靠機械外骨骼行走。2016年,Miguel Nicolelis也發表一篇首次記錄最高等級的脊柱損傷造成完全癱瘓10年后,病人恢復部分身體功能的論文。

Miguel Nicolelis表示,過去20年間,領域內關鍵原則的共識正在不斷地增長,這也就是腦機接口技術發展的一個基礎。而領域內即將形成的共識是:大腦活動是通過大量神經元協調活動來實現的,而不是某些具有專門功能的、特定細胞的活動。

對于未來,Miguel Nicolelis認為,腦機接口技術能夠統一神經和精神障礙治療理論,并用來為相關患者創造更好的療法,包括慢性抑郁、帕金森、慢性癲癇以及一些認知障礙等。

電子皮膚

與Miguel Nicolelis的腦機接口不同,鮑哲南研究的是“電子皮膚”。“電子皮膚”實際上是對像人類皮膚一樣具有柔韌性甚至可拉伸性,且具有感知外界溫度、壓力和濕度等功能的電子傳感器件的統稱。

鮑哲南向記者表示,要想實現電子皮膚,要解決三個問題。首先是所使用的電子材料能像皮膚一樣柔軟、拉伸,甚至可以自修復及生物降解,其次是讓這些材料具有感知能力,最后則是要讓人造皮膚能夠和人體結合,把皮膚的信號傳遞給大腦。

經過多年研究,鮑哲南找到了符合上述條件的電子材料。2008年,鮑哲南的團隊首次提出使用有機高分子電子材料來研究“人造皮膚”,成為最早開展該領域研究的科研團隊之一。近日,鮑哲南因“在導電聚合物分子設計及其應用領域所做的廣泛且具有顛覆性的研究,以及在人造電子皮膚和其他生物電子器件開發方面的突出貢獻”,成為了美國化學會“ACS Central Science顛覆者與創新者獎”的首位獲獎者。

目前,鮑哲南團隊已經把它植入到實驗老鼠的身體,且經過2個月的觀察,老鼠仍可以正常的運動和生活。鮑哲南稱,這已證明人造皮膚確實可以和生物體系相容,但是,這些人造皮膚要真正用到人的身上還需要時間。

雖然還無法在人體上實驗,但鮑哲南已經嘗試對人造皮膚技術進行應用。比如他們開始把人造皮膚放在機器人身上,當它能感受觸摸的感覺時,這些傳感器就可以和機器人的應用結合起來。如果這個看起來還有些遙遠,那加入人造皮膚的可穿戴醫療器械,或許會更先一步得到應用。

鮑哲南表示,在研究人造皮膚的同時,他們也產生了很多新的啟發。比如對于新生嬰兒,他們非常脆弱,如果要監測他們的血壓,需要用針刺進他們的血管,這可能會造成很大傷害,所以醫生通常選擇不去測嬰兒血壓,如果借助人造皮膚,則可以將其輕輕貼到嬰兒身上,實現血壓測試。

對于人造皮膚未來的想象,鮑哲南認為它可以和腦機相結合。“用人造皮膚做腦機結合的好處是,它因為不需要用金屬材料和神經接觸,所以不會對神經產生傷害,這能夠在保證安全的前提下,獲得更準確的信號。”

至于人造皮膚的成本,鮑哲南則認為它將可以使用大批量生產的工藝,就類似用印刷的方式去制作人造皮膚,“人造皮膚和先進制造是緊密結合的,先進制造將使得我們可能且可以自己設計所需要的人造皮膚。”

 

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