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开启大脑之门

来源:新华网 作者: 2006-12-21
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摘要: 随着大脑研究的深入和电子技术的进步,这种想法已经不再是梦。20世纪90年代,科学家成功地将水蛭的神经与半导体芯片相连。要实现用思维直接控制机器,必须先读懂神经信号。神经活动特别是人类大脑神经活动异常复杂,人们对它的了解还只是沧海一粟。...


        长久以来,科学家一直试图寻找可以读懂人类思维并根据思维来控制电脑或机器的装置。随着大脑研究的深入和电子技术的进步,这种想法已经不再是梦。  

        20世纪90年代,科学家成功地将水蛭的神经与半导体芯片相连。随后这类实验扩展到哺乳动物,包括实验鼠和猴子,最终应用于人类。  

        要实现用思维直接控制机器,必须先读懂神经信号。神经活动特别是人类大脑神经活动异常复杂,人们对它的了解还只是沧海一粟。尽管如此,通过观察脑神经在不同情形下的活动状况,科学家已经总结出一些神经信号与行为对应的规律,帮助读懂神经信号。  

        近年来,通过植入电极或芯片接收并解读神经信号,科学家成功地帮助实验鼠瘫痪的腿部恢复活动能力,使猴子通过思维操纵机械手。一个美国小组甚至研制出了用于修补大脑的芯片,它能够实现大脑主管记忆的区域“海马”的功能。  

        在发表于英国《自然》杂志的一项最新研究中,美国布朗大学的科学家在一名瘫痪患者脑部植入名为“大脑之门”的芯片,使患者能通过思维完成移动鼠标、更换电视频道和控制机械手臂。  

        这些成果为瘫痪、中风等患者与周围环境进行交流提供了希望,但也面临着一些问题。科学家对大脑活动了解不深,分析神经信号含义的工作还只是刚刚起步。此外还有很多技术障碍,如电极或芯片怎样与大脑其他部位协调运作,怎样保证植入器件长时间安全工作,如何使体外配套设备实用有效等等。  

        研究人员说,“大脑之门”装置在启动11个月后停止了运转,原因还不清楚。目前“大脑之门”需要借助一个外部金属盒来具体解释脑部的指令,患者必须始终头戴庞大的感应器装置来“发号施令”,非常不方便,芯片植入部位也存在感染风险。要使这一成果实用化,必须先解决这些问题。



        仅运用思维就能完成简单行为已不只是科幻小说中的情节了,科学家已经将这一梦想初步变为现实。  

        据最新一期英国《自然》杂志报道,美国一名四肢完全瘫痪的患者借助植入脑部的芯片,可以通过思维自如地移动电脑光标、打开电子邮件、调节电视音量、甚至活动机械手臂。  

        这名患者叫马特·纳格尔,5年前因刀伤而四肢瘫痪。植入其脑部的“大脑之门”芯片是美国布朗大学神经学专家约翰·多诺霍开发的,由美国马萨诸塞州神经控制技术系统公司制造。“大脑之门”与纳格尔头部的基座相连,然后通过线路连接到电脑上。  

        “大脑之门”芯片由96个电极组成,它被植入于患者脑部的运动皮层区,该区域是控制身体活动的中枢。科学家说,许多瘫痪病人脑部发出运动命令的神经细胞实际上还是具有功效的,病人无法运动的原因在于运动神经拒绝作出回应。  

        “大脑之门”芯片的独到之处在于,它能获取神经细胞发出的信号,并依据大脑运动皮层区不同区域的兴奋状态大致辨别出这些信号的意思,将其传导到电脑控制系统中,从而帮助患者通过电脑来完成简单动作。  

        研究人员尝试将纳格尔的想法“翻译”成指针的移动。为了实现这一点,他们为纳格尔“定制”了神经系统解码器。通过适当的软件,纳格尔很容易就打开了模拟电子邮件,并画了一个圆。他还能够更换电视频道,利用机械臂抓起一块糖将它扔在不远处,甚至还利用假手捏了负责这项工作的多诺霍一下。研究人员对另一名瘫痪志愿者进行了进一步试验,同样取得了成功。  

        研究人员表示,“大脑之门”目前的功能还很简单,只能实现简单的动作意愿,不过这已经是一个不小的进步了。  

        据报道,布朗大学的研究人员正致力于扩大“大脑之门”的治疗范围。他们正在研究因中风、肌肉萎缩或运动神经元病导致瘫痪的患者是否也能通过“大脑之门”获得一定的“活动能力”。

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