2018年的腦科學(xué)要研究什么

劉霞

人腦可謂人體最復(fù)雜、最神秘的器官，無(wú)數(shù)科學(xué)家殫精竭慮，也不過(guò)才揭開(kāi)其奧秘的冰山一角。

21世紀(jì)是腦科學(xué)時(shí)代。為了進(jìn)一步了解大腦，監(jiān)測(cè)大腦活動(dòng)的研究進(jìn)行得如火如荼，已在學(xué)術(shù)界和商業(yè)界掀起一股淘金熱?！犊茖W(xué)美國(guó)人》雜志在報(bào)道中指出，2018年，科學(xué)家將繼續(xù)在腦科學(xué)領(lǐng)域深耕，該領(lǐng)域最值得期待的三大技術(shù)當(dāng)屬神經(jīng)塵埃、大腦打字以及迷你大腦。

神經(jīng)塵埃：神經(jīng)元和外部數(shù)字世界的“橋梁”

2016年1月，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）宣布，投資6500萬(wàn)美元開(kāi)展“神經(jīng)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)”（NESD）項(xiàng)目，旨在研發(fā)一種能在大腦與數(shù)字世界之間實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)通信的植入式系統(tǒng)。這種接口可將大腦神經(jīng)元的電化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化成信息技術(shù)語(yǔ)言的0和1。該研究有望增進(jìn)科學(xué)家們對(duì)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、語(yǔ)言神經(jīng)基礎(chǔ)的理解，并最終為神經(jīng)缺陷患者帶來(lái)新的療法。

該計(jì)劃的第一步是監(jiān)測(cè)神經(jīng)元的電化學(xué)信號(hào)。DARPA表示，如果一次可以監(jiān)測(cè)100萬(wàn)神經(jīng)元的電化學(xué)信號(hào)，就足夠了。為此，美國(guó)布朗大學(xué)的科學(xué)家正在研制包含有電極的鹽粒大小的“神經(jīng)顆粒”（neurograin），以探測(cè)神經(jīng)元的放電等，所有這些都通過(guò)無(wú)線電頻率天線進(jìn)行。

而加州大學(xué)伯克利分校工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)教授米歇爾·馬哈比斯研制的“神經(jīng)塵埃”（neural dust）已能做到這一點(diǎn)。2016年，他和同事們?cè)谝豁?xiàng)針對(duì)大鼠的研究報(bào)告中說(shuō)，這些微小的無(wú)線設(shè)備可監(jiān)測(cè)神經(jīng)元的“一舉一動(dòng)”。團(tuán)隊(duì)的主要科學(xué)家都加入了埃隆·馬斯克的初創(chuàng)公司“神經(jīng)鏈接”（Neuralink），該公司是與日俱增的腦科學(xué)初創(chuàng)企業(yè)中的翹楚。

現(xiàn)在，馬哈比斯團(tuán)隊(duì)正努力讓“神經(jīng)塵?！苯邮胀獠啃盘?hào)，并使神經(jīng)元能以特定方式放電。馬哈比斯說(shuō)，這種“神經(jīng)塵埃將是有史以來(lái)研制的最小刺激器”。

最終，科學(xué)家們希望能通過(guò)這項(xiàng)設(shè)備獲得神經(jīng)代碼，比如讓這些設(shè)備傳輸癱瘓病人行走所需的準(zhǔn)確代碼，他們也在破譯理解口語(yǔ)的神經(jīng)代碼。盡管上述研究可能會(huì)引發(fā)一些倫理問(wèn)題，但專家表示，這樣的問(wèn)題在神經(jīng)科技領(lǐng)域并不鮮見(jiàn)。

大腦打字：將思想轉(zhuǎn)化為文本

馬斯克當(dāng)然不會(huì)是唯一一個(gè)對(duì)人類大腦感興趣的億萬(wàn)富翁。臉書(shū)（Facebook）公司也正在全速推進(jìn)其“沉默的演講”計(jì)劃。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、神經(jīng)科學(xué)家馬克·謝夫勒特說(shuō)，很少有人在工作中使用語(yǔ)音助手，因?yàn)槿藗儾幌矚g在別人面前大聲說(shuō)出他們想要發(fā)表的內(nèi)容。但如果你能直接從大腦打字，你就可以快速地將思想轉(zhuǎn)化為文本，而不需要說(shuō)出來(lái)。而且，早期測(cè)試告訴我們，這不只是科幻小說(shuō)中出現(xiàn)的情節(jié)。謝夫勒特說(shuō)：“那里（大腦）有信號(hào)，你可以利用它?！?/p>

Facebook高級(jí)技術(shù)中心已經(jīng)運(yùn)行“思想驅(qū)動(dòng)打字”項(xiàng)目?jī)赡辍?016年，謝夫勒特離開(kāi)約翰·霍普金斯大學(xué)加入該團(tuán)隊(duì)。2018年，該項(xiàng)目有望實(shí)現(xiàn)每分鐘打100字的速度，將思想轉(zhuǎn)化為文本，比現(xiàn)在的腦機(jī)接口快20倍。據(jù)悉，目前能實(shí)現(xiàn)的“意念打字”紀(jì)錄是每分鐘8個(gè)詞，并且需要使用植入電極。

謝夫勒特表示，為了達(dá)成目標(biāo)，他的團(tuán)隊(duì)將雙管齊下，一隊(duì)致力于開(kāi)發(fā)可以讀出高質(zhì)量神經(jīng)數(shù)據(jù)的非侵入技術(shù)；另一隊(duì)致力于大腦科學(xué)，尤其是更好地掌握語(yǔ)言和表達(dá)機(jī)制。

人腦類器官：慢慢撕去“迷你”標(biāo)簽

5年前，奧地利科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了用干細(xì)胞培育人腦組織的方法，人腦類器官自此取得驚人進(jìn)展?，F(xiàn)在，有很多科學(xué)家正在利用人類干細(xì)胞創(chuàng)造三維類器官，這些類器官可以發(fā)育成功能神經(jīng)元、大腦皮質(zhì)，以及其他模擬全尺寸器官的結(jié)構(gòu)。

制造大腦類器官的技術(shù)發(fā)展得非?？?，就在2017年12月，研究人員僅花費(fèi)數(shù)周而非數(shù)月，啟動(dòng)這一過(guò)程，創(chuàng)建出了大腦類器官。我們有理由期望2018年獲得更接近現(xiàn)實(shí)的突破。

大腦類器官對(duì)于研究大腦和腦部疾病非常重要。比如，那些源自遺傳性精神障礙（如精神分裂癥）患者的干細(xì)胞制成的大腦類器官，將有望揭示這些患者的大腦發(fā)育到底出了什么問(wèn)題。

盡管如此，科學(xué)家指出，真正值得我們期待的是以下兩大技術(shù)進(jìn)步。一是給類器官供血，據(jù)悉哈佛大學(xué)的喬治·切奇已經(jīng)做到了這一點(diǎn)，只是沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表研究成果。“血管化”可使大腦類器官的直徑由目前的四分之一英寸變大一點(diǎn)，或許可以讓其擺脫“迷你”標(biāo)簽，成為一個(gè)真正成熟的實(shí)驗(yàn)室培育大腦。二是賦予大腦類器官一種感官輸入（或許可通過(guò)視網(wǎng)膜），有傳言說(shuō)有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成功了。從理論上來(lái)說(shuō)，這可能讓這些小小的大腦類器官擁有體驗(yàn)。

腦科學(xué)作為新的科技“邊疆”，其進(jìn)展不僅關(guān)乎人類的健康和福祉，也關(guān)乎未來(lái)的生產(chǎn)力，有望深刻改變社會(huì)。2018年或許是見(jiàn)證奇跡的時(shí)刻。

（本文轉(zhuǎn)自《科技日?qǐng)?bào)》）