专家园地

您所在位置:首页 > 专家园地 > 正文

入侵大脑:令失落的神经能力失而复得

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-04-30浏览次数:1762

几周前,Ray Kurzweil预测,在20世纪20年代,纳米机器人将帮助我们将大脑连接到云计算,将生物与数字世界连接起来。让我们来讨论今天发生的事情。在过去的几十年里,已经在三个研究领域投入了数十亿美元:神经假体,脑机接口和光遗传学。这三个研究领域一直在改造人类,并解决了许多困扰人类自然进化的问题。本文介绍了这些领域的最新发展,涵盖了当今最令人兴奋的应用程序以及可能在未来产生破坏性影响的应用程序。

神经假体,脑 - 计算机接口和光遗传学

你的大脑含有数千亿的神经细胞。这些细胞现在塑造你,控制你的行为,思想和感受。结合您的感觉器官(如眼睛和耳朵),这些系统决定了您对世界的看法。有时这些系统也会失败。这也是神经假体存在的意义。

“神经修复术”是指使用电子设备来代替受损神经系统或感觉器官的功能。 “神经假体”的概念已经存在了一段时间。第一个人工耳蜗出现于1957年,以帮助聋人听到声音。从那时起,已有超过350,000个人工耳蜗植入耳聋的耳朵,帮助他们恢复听力并大大提高他们的生活质量。然而,植入这种耳蜗植入物仅涉及该研究所称的脑 - 计算机接口(BCI)领域:大脑(中枢神经系统CNS)与外部计算设备之间的直接通信。

脑 - 计算机接口(BCI)领域的愿景是通过将数字世界连接到中枢神经系统来增加或修复人类认知。如何实现与中枢神经系统的连接是一个非常有趣的部分。通常有两种方法。一种方法是将线和神经元连接到微观金属针阵列,这些金属针连接到大脑,电刺激神经元,或测量神经元在被激发时的电位。第二种方法更有趣“Otogenetics”使用光来控制神经元。通过这种机制,我们可以将光活性分子植入神经元的表面,然后光活性分子可以允许外部用户通过一定频率的脉冲光触发或抑制神经元的激发状态。

目前,脑机接口领域和神经假体领域仍处于起步阶段。通过以下示例,我们可以看到这些技术的可能应用领域,并帮助我们了解这些技术的未来可能性。

目前的申请:

1见:约70名盲人进行视网膜植入约3小时。如上所述,“玻璃型镜片可以捕获图像数据;然后在数据线上由微型计算机处理图像数据之后,相应的信息可以被发送到植入视网膜的神经刺激阵列,包括60个电极“。虽然完全恢复视力还有很长的路要走,但使用相机来增强或更换失败的感光器是非常有前景的。

2听到:如前所述,在过去的60年中,已有超过350,000个人工耳蜗被植入耳中。麦克风可以记录来自周围环境的声音并将信号发送到语音处理器,语音处理器然后可以将信号转换为电脉冲。电极阵列可以将这些脉冲传输到听觉神经的不同区域,使我们能够听到耳朵中发生故障的地方的声音。

3感觉疼痛:许多公司和研究小组(包括斯坦福大学)正在努力探索如何使用光遗传学“关闭”人类对慢性疼痛的感知,所有这一切都是通过按下针对患者皮肤的手电筒按钮。正好。疼痛是人们去看病的主要原因,相应的费用是每年6350亿美元。

4运动/想法:15至20名瘫痪患者已将植入物植入运动皮质(可控制运动的大脑部分),以便他们可以控制外部机械臂;更神奇的是,通过刺激植入肢体的电极甚至可以使四肢恢复活力。

5饥饿:像痛苦一样,饥饿是一种感觉。斯坦福大学的研究人员正在研究如何利用光遗传学来调节迷走神经的刺激,从而抑制饥饿感。

6记忆:南加州大学的一名研究人员正在研究如何帮助癫痫患者恢复记忆。他希望在患者的海马体中植入计算机芯片,以便他们可以编码并访问患者的记忆。

7焦虑:斯坦福大学Karl Deisseroth及其同事“发现杏仁核中有一条特殊的回路(大脑的一部分,是恐惧,攻击和其他基本情绪的中心),预计会调节啮齿动物的焦虑。 “在光遗传学中,我们可以关闭这个循环来控制这些情绪。

我们将来可以执行的应用领域可以说非常令人兴奋。

未来大脑研究在哪里?

正如神经科学家David Eagleman最近在TED上指出的那样,我们对现实的体验受到我们生物学特征的制约。当我们开发新方法将新信号或计算能力传递给大脑时,它将全部改变。我们可以添加一种新的感觉(想象一下,你可以进入股市并了解市场方向)。我们可以开发无线,脑 - 脑通信(即人工心灵感应),并通过思考将信息传递给他人。

我们的大脑是一个平台,新的应用机会是无穷无尽的。这些应用将挑战人类的概念,即人类的意义。正如Ray Kurzweil预测的那样,一旦我们将大脑皮层连接到云计算,我们就可能成为远远超出“人类”的物种。