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脑肿瘤、癫痫、中风让患者离不开医院?只需脑植入芯片即可与医生远程沟通
创业动态 医疗
脑植入芯片有可能改变人类的进化方向。

猎云网(微信号:ilieyun)】12月29日报道(编译:Julia

Eric Leuthardt相信,在不久的将来,我们将允许在大脑内植入电极,通过电脑和医生直接进行通信。

电影“银翼杀手2049”首映周末之后的周一早晨,Eric C. Leuthardt穿戴着消毒后的手术服和口罩,站在开满手术灯的手术室中央,面前是一位陷入昏迷的病人。

“潜意识里我认为他是人类,但对此我并不确定。”Leuthardt 对站在一旁的外科医生说,他在患者剃光的头皮区域画了一条线,那是进行脑部手术的初始切口。 “你觉得他是个仿造人吗?”

“我认为他绝对是个仿造人,”外科医生回答说,这是电影中对神秘的仿真生物工程机器人的称呼。

“让我感到非常有趣的是,未来人们在空中驾驶着汽车,” Leuthardt一边说一边把记号笔交给一旁的医生,并拿起手术刀,“他们拦截反乌托邦组件:他们谈论生物学,仿造人。 但他们错过了未来的重要一环, 神经修复术将如何发展?”

44岁的科学家及脑外科医生Leuthardt在这个设想上花了很多时间。 除了担任圣路易斯华盛顿大学的神经外科医生之外,他还出版了两本小说,并撰写了一部旨在“为社会的未来变革做好准备”的获奖作品。在Leuthardt的第一部小说中,一部名为RedDevil的科技惊悚片中4,90%的人选择将计算机硬件直接植入脑中。这实现了人与电脑之间的无缝连接,在家中就可以获得各种不同的感官体验。他相信,在未来的几十年里,这种植入将像整形手术或纹身一样普遍,病人在选择时甚至不需要犹豫。

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Leuthardt 所做的不仅仅只是停留于想象。他的主治方向为顽固性癫痫病患的治疗,病患在手术前需要花费数天将电极植入皮质,因为电脑会收集关于癫痫发作之前的神经放电模式的信息。在此期间,他们只能被关在医院病床上,无聊透顶。 大约十五年前,Leuthardt突然想到:为什么不招募这些病患作为实验样本呢? 这不仅能让患者不再无聊,还能帮助他的梦想更接近现实。

Leuthardt 开始为病患们设计任务并分析他们的大脑信号,试图了解大脑如何对我们的想法和意图进行编码,以及是否可能通过使用这些信号来控制外部设备。 他得到的数据是否能够有力表述预期的运动? 是否能听到一个人大脑内部的独白? 或者是否能解码认知本身?

虽然其中一些问题的答案远没有定论,但仍令人鼓舞。Leuthardt比大多数人都知晓脑部手术的危险性和可怕性,这对病人来说尤其艰难。但是他对大脑的理解也让他对自身的内在局限性以及技术克服这些局限的潜力有了更为清晰的认识。 一旦其他人了解他所坚持的这一承诺,并且实现技术进步,人类就会按照以往一样——它会发展,在植入人脑中的芯片的帮助下。

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Leuthardt有一位病人需要通过定位微创激光手术治疗脑肿瘤。这种高度精确的手术技术已经使得植入电极更安全并且有效减轻患者的痛苦。

“真正的流体神经整合将会发生。”Leuthardt表示,“这只是时间的问题,如果这项宏伟计划在未来10年或100年内实现,这将是人类历史上一大物质发展。”

Leuthardt绝不是唯一一个具有这种雄心的人——即实现人脑和电脑之间的交互联系。去年三月,Tesla和SpaceX的创始人Elon Musk发布了一款名为Neuralink的设备,旨在促进神经和机器的联合。Facebook的创始人Mark Zuckerberg也曾表露过类似的想法,去年春天,其公司曾透露有60名工程师正在试图构建界面,实现用意念进行打字。在线支付系统Braintree的创始人Bryan Johnson则为Kernel公司提供资金,该公司致力于开发神经假体,希望最终能够起到提高智力、记忆力等作用。

然而,这些计划仍处于早期阶段甚至是秘密阶段,因此很难评估其取得的进展或者距离实际是否依旧遥远。实现人脑和电脑交互仍旧长路漫漫。Musk和 Zuckerberg他们所说的不仅仅要求更好的硬件设备来实现硅计算机和人脑中杂乱无章的灰色物质之间的无缝机械连接和通信。他们还必须具有足够的计算能力,以便随时能在大脑的近千亿个神经元中激发的大量数据中得到有效数据。 以及,人脑使用的代码仍是未解之谜。也就是说,我们必须学习如何阅读人类的思想。

解码大脑

科学家早就知道,神经元的激发让我们移动,感受和思考。但是,破解神经元与身体其他部分相互沟通的代码——培养真正倾听这种“沟通”的能力,并且明确脑细胞如何让其进行运作——已经成为神经科学最为棘手的一个任务。

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在八十年代早期,约翰霍普金斯大学的一位名为Apostolos Georgopoulos的工程师就为为人脑和电脑对接革命铺好了道路。Georgopoulos在运动皮层的高级加工区域中发现一种神经元,这些神经元在特定类型的运动之前激发,比如手腕向右轻弹,或者手臂向下推动时。Georgopoulos发现,通过记录这些信号可以预测运动的方向和强度,这是极其重要的一大发现。其中一些神经元放电模式会引导数个较低级的神经元一起工作,以移动个别肌肉组织,最终移动整个肢体。

Georgopoulos通过几十个电极阵列来追踪这些高电平的信号,证明他不仅可以预测猴子在三维空间中移动操纵杆的方式,甚至可以预测移动的速度及其变化率。

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一名外科医生正准备在病人颅骨上钻一个孔,放置一个激光探头。

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固定在患者颅骨上的立体定向框架引导激光探针,用以确定大脑中的位置。

Georgopoulos和Schwartz利用依靠单个神经元细胞膜旁的微电极来检测电压变化来收集数据。Leuthardt所使用的电极在癫痫患者手术前植入,体积要大得多,放置于头皮下脑皮层表面的塑料条上,记录成千上万的神经元同时发出的信号。为了完成安装,Leuthardt通过一个初步的手术去除了颅骨的顶部,切开了硬脑膜(大脑的最外面的膜),并将电极直接放在大脑的顶部。然后用线相连,导入可以分析大脑信号的机器中。

几十年来,这些电极已被成功应用于确定癫痫患者难治性癫痫发作的确切起源。 初次手术后,患者停止服用抗癫痫药物,在下一次癫痫发作时通过电极记录数据 - 有关其物理来源的数据可帮助Leuthardt这样的医生决定切除病患哪一部分的大脑,防止未来的再次发作。

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激光探针

植入未来

“当我们证明解码大脑操作的初步可能性时,” Leuthardt 说,“我知道它已经开始了。

在获得这些发现之后不久,洛特哈特花了七天的时间撰写,设想未来,并设立了短期和长期目标。 他决定要做的第一件事情就是为即将到来的事情增添人性化,这项工作仍在努力中。

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Leuthardt在头骨上钻了一个洞。

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在控制室的电脑屏幕上,激光情况被实时监控。

完成手术后的Leuthardt躺在办公室的椅子上,他坚持,只要有足够的资金,他已经可以为一般市场制造出一种假肢植入物,这种假肢植入物可以让人在三维空间内使用计算机和控制光标。使用者也可以完成打开和关闭灯光的操作,或者仅使用意念完成来上下打开灯光的操作。甚至可以引发人为诱发的触觉,并实现想象的言语转化为文本。“凭借目前的技术,我可以植入植入物,但现在有多少人愿意这样做呢?”他说,“我认为采取切实可行的间隔步骤让人们沿着这条长远的道路一步一步前进是非常重要的。”

为此,Leuthardt成立了NeuroLutions公司,该公司旨在证明即使在今天,也存在一个连接着思维和机器的市场,并开始使用这种技术来帮助人们。 NeuroLutions迄今为止已经募集了数百万,一个偏瘫的中风患者正在接受这种无创大脑连接的试验。

虽然这个技术与Leuthardt未来的宏伟设计相比是仍有差距,但他认为这是现在可以达到的可以有意义地改变人们生活的一个领域。美国每年有大约70万新的中风患者,而最常见的运动障碍是手部瘫痪。寻找一种方法来帮助更多的人恢复功能——并且证明他可以更快,更有效地做到这一点——不仅能够显示脑机接口的能力,还能满足巨大的医疗需求。

Leuthard认为,从硅谷发出的骚动至少已经唤醒了对“实现人脑电脑对接是一个实际的现实”的思考。他表示,这是“我们以前从未见过的东西”。 尽管他承认,如果事实证明这是炒作的话,可能会让“这个领域倒退一两年”,但他相信,我们一定能实现最终的目标:这项技术将使我们超越认知和以前几代人类认为是理所当然的物质上的局限性。

“这将会发生并且有可能改变人类的进化方向。”

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