2018年的脑科学,要研究什么

2018-03-26 09:50:50 来源: 科技日报 作者: 刘 霞

本报记者 刘 霞

人脑可谓人体最复杂、最神秘的器官,无数科学家殚精竭虑,也不过才揭开其奥秘的冰山一角。

21世纪是脑科学时代。为了进一步了解大脑,监测大脑活动的研究进行得如火如荼,已在学术界和商业界掀起一股淘金热。《科学美国人》杂志在近日的报道中指出,2018年,科学家将继续在脑科学领域深耕,该领域最值得期待的三大技术当属神经尘埃、大脑打字以及迷你大脑。

神经尘埃:神经元和外部数字世界的“桥梁”

2016年1月,美国国防部高级研究计划局(DARPA)宣布,投资6500万美元开展“神经工程系统设计”(NESD)项目,旨在研发一种能在大脑与数字世界之间实现精准通信的植入式系统。这种接口可将大脑神经元的电化学信号转化成信息技术语言的0和1。该研究有望增进科学家们对视觉、听觉、语言神经基础的理解,并最终为神经缺陷患者带来新的疗法。

该计划的第一步是监测神经元的电化学信号。DARPA表示,如果一次可以监测100万神经元的电化学信号,就足够了。为此,美国布朗大学的科学家正在研制包含有电极的盐粒大小的“神经颗粒”(neurograin),以探测神经元的放电等,所有这些都通过无线电频率天线进行。

而加州大学伯克利分校工程与计算机科学教授米歇尔·马哈比斯研制的“神经尘埃”(neural dust)已能做到这一点。2016年,他和同事们在一项针对大鼠的研究中报告说,这些微小的无线设备可监测神经元的“一举一动”。团队的主要科学家都加入了埃隆·马斯克的初创公司“神经链接”(Neuralink),该公司是与日俱增的脑科学初创企业中的翘楚。

现在,马哈比斯团队正努力让“神经尘埃”接收外部信号,并使神经元能以特定方式放电。马哈比斯说,这种“神经尘埃将是有史以来研制的最小刺激器”。

最终,科学家们希望能通过这项设备获得神经代码——比如,让这些设备传输瘫痪病人行走所需的准确代码。他们也在破译理解口语的神经代码。尽管上述研究可能会引发一些伦理问题,但专家表示,这样的问题在神经科技领域并不鲜见。

大脑打字:将思想转化为文本

马斯克当然不会是唯一一个对人类大脑感兴趣的亿万富翁。脸书(Facebook)公司也正在全速推进其“沉默的演讲”计划。

该项目负责人、神经科学家马克·谢夫勒特说,很少有人在工作中使用语音助手,因为人们不喜欢在别人面前大声说出他们想要发表的内容。但如果你能直接从大脑打字,你就可以快速地将思想转化为文本,而不需要说出来。而且,早期测试告诉我们,这不只是科幻小说中出现的情节。谢夫勒特说:“那里(大脑)有信号,你可以利用它。”

Facebook高级技术中心已经运行“思想驱动打字”项目两年。2016年,谢夫勒特离开约翰·霍普金斯大学加入该团队。2018年,该项目有望实现每分钟打100字的速度,将思想转化为文本,比现在的脑机接口快20倍。据悉,目前能实现的“意念打字”纪录是每分钟8个词,并且需要使用植入电极。

谢夫勒特表示,为了达成目标,他的团队将双管齐下。一队致力于开发可以读出高质量神经数据的非侵入技术;另一队致力于大脑科学,尤其是更好地掌握语言和表达机制。

人脑类器官:慢慢撕去“迷你”标签

5年前,奥地利科学家发现了用干细胞培育人脑组织的方法,人脑类器官自此取得惊人进展。现在,有很多科学家正在利用人类干细胞创造三维类器官,这些类器官可以发育成功能神经元、大脑皮质,以及其他模拟全尺寸器官的结构。

制造大脑类器官的技术发展非常快,就在2017年12月,研究人员仅花费数周而非数月,启动这一过程,创建出了大脑类器官。我们有理由期望2018年获得更接近现实的突破。

大脑类器官对于研究大脑和脑部疾病非常重要。比如,那些源自遗传性精神障碍(如精神分裂症)患者的干细胞制成的大脑类器官,将有望揭示这些患者的大脑发育到底出了什么问题。

尽管如此,科学家指出,真正值得我们期待的是以下两大技术进步。一是给类器官供血,哈佛大学的乔治·切奇据悉已经做到了这一点,只是没有公开发表研究成果。“血管化”可使大脑类器官的直径由目前的四分之一英寸变大一点,或许可以让其摆脱“迷你”标签,成为一个真正成熟的实验室培育大脑。

二是赋予大脑类器官一种感官输入(或许可通过视网膜),有传言说有一个实验室已经成功了。从理论上来说,这可能让这些小小的大脑类器官拥有体验。

脑科学作为新的科技“边疆”,其进展不仅关乎人类的健康和福祉,也关乎未来的生产力,有望深刻改变社会。2018年或许是见证奇迹的时刻。

加载更多>>
责任编辑: 左瑾
专题 更多>>
国内 更多>>

陈益泰:“让多功能栎类...

对如何提升森林生态服务与环境保护功能,让人民享受森林环境与美好生活,是一生挚爱林业科技工作的他非常

鲁班塑像安放暨公益木工...

鲁班塑像安放暨公益木工坊“伍德坊”开坊。鲁班塑像安放暨公益木工坊“伍德坊”开坊。(周宇 邓昊/木材

银河水滴研发出眼镜框雕...

银河水滴研发出眼镜框雕铣加工视觉对位系统 将应用于眼镜加工业。银河水滴研发出眼镜框雕铣加工视觉对位

第四届“下一代互联网技...

第四届“下一代互联网技术创新大赛”全国决赛落幕。第四届“下一代互联网技术创新大赛”全国决赛落幕。大

第七期尚浓资政厅:乡村...

2018年12月9日,第七期尚浓资政厅之乡村生态振兴的新理念在裕龙国际酒店举行。本次活动由尚农智库光合新兴产...

科报集萃 更多>>

5G新时代基站新布局

5G不仅是无线通信产业的一次升级换代,更是一次重大的技术变革,与数字化转型技术、人工智能技术一起,成为...

哈工程“五四杯”科创赛...

哈尔滨工程大学多年持续举办“五四杯”大学生创新创业竞赛, 培养了学生勤学苦干的精神

传承两千年工匠精神,阿...

12月8-9日,由中国食品报社主办的第四届营养健康食品产业高峰论坛山东分会场,阿胶产业十大品牌发布会在山东...

透视新经济下的中国机会...

今年是改革开放四十周年。四十年来,中国经济经历了长期持续的高速增长,经济总量跃升至世界第二,创造了世...