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脑中植入激发记忆芯片,科学家执行第一例人体实验

2015-11-21 09:13:18 来源:n
brain

你是否曾经想过,人若没有了记忆,又没有他人的帮助还能生活吗?人类的脑袋极为脆弱,不管是脑部严重创伤、中风、或是阿兹海默症都有可能造成记忆的丧失。虽然记忆的消失貌似是找不回来的,但却有一个叫做 Theodore Berger 的神经科学家与他人持有着不同的意见,极力地想透过电疗的方式找出能治疗记忆丧失的方法。

南加大的生物医学工程师 Berger 在了美国国防高等研究计划署(DARPA)的资助,正进行一项实验:藉由模仿神经在放置长期记忆时的讯号,Berger 在实验体的脑中植入激发记忆的这个芯片,并尝试看看是否能唤起失去的记忆。而这项革命性的实验目前也已经成功地将老鼠和猴子的记忆译成记忆密码,现在正为一名有癫癣的患者脑部做试验,期望能让他恢复记忆。

破解记忆密码

Berger 表示,他们在做的不是要将大脑在处理记忆时的碎片拼凑起来,但至少要能模仿大脑的行为。他花了将近 35 年的时间,企图了解大脑海马回区是如何将人类的短期记忆转换成长期记忆,和这么一个小小的区块是怎么能完成如此复杂的工作的。他发现,记忆其实是由一些神经在发出电子脉冲时所产生的,这也表示,他们将可以将这些复杂的程序简化成数学等式,放进电脑里计算。

后来,又有许多科学家加入 Berger,他们组成了一个团队,并将海马回区的资讯解码,好让记忆也能够编算成计算机语言。在此之中,最重要的关键就是海马回区中输入到输出的电子讯号,Berger 说,大脑受过创伤的患者,这部分的讯号非常微弱,这也意味着若能用矽芯片重建这个讯号,就有可能让患者恢复或是激起他的记忆。

搭建桥梁

然而,解析大脑记忆的密码并不是一件非常轻松的工作,事实上,他比想像中的还要困难许多。问题在于神经系统的运作并不是线型化的在进行,讯号非常的吵杂,还时常重叠,导致在讯号输入时会被挤压和过度强调,而这任何些微变动都有可能造成不同的输出。

但有了现在电脑科技的帮助,这些问题也有可能被一一解决,Berger 运用他的数学理论设计了一个芯片,并尝试看看大脑是否能接受这个替代品,或说是这个记忆模组。Berger 的团队开始对老鼠进行实验,并训练老鼠学会操控杠杆以获取奖赏,记录他们将这个动作转换成长期记忆时,输入到输出的电子脉冲,最后在利用纪录好的“精随”,设计出一个记忆芯片

其后,他们在这只老鼠的身体里注射一种药剂,能够让他暂时丧失被训练过的记忆,再将这个微电极的芯片植入老鼠的海马回区,并用他们的记忆密码让输出的地方产生脉冲。结果令人非常讶异,老鼠居然又开始会操作杠杆,让团队成员相当的振奋,并进而将实验用在猴子后,也在这过程中得到相当不错的成果。

人类植入芯片的首次尝试

就在去年,Berger 领军的团队也小心翼翼地开始测试进行自愿患者身上的活体实验,他们招募了 12 位有癫癣的患者,因为他们早有镶嵌在脑部的电极以追踪他们癫癣的发作期,才能避免掉动脑部手术时的风险。Berger 也表示,若真能成功的话,这将对这些有癫癣的患者有利无害。

研究学者在这实验中,要求自愿者看一系列的照片,并要在 90 秒后重新回想那些照片,并在这些过程中记录它们输入到输出的电子脉冲,最后衍生出一个专属于人类的记忆密码演算法,而这个演算法的准确率大约是 80 %,虽然不是完美的数字,但也是一个很好的开始。

藉由这个演算法,他们开始用接近大脑输入的讯号值,刺激其中一个患者的输出细胞,但团队之一的 Dong Song 博士却对其结果含糊带过,仅表示这个方式是很有前瞻性的,目前还很难说。不过,这也在预料之中,因为海马回区不像大脑的运动皮质区一样,有着让人一目瞭然的结构,也代表着它复杂的运作方式。对此也有人对这项实验提出一些异议,但他也不得不承认这个数据的确很让人信服。Binger 也开心的表示,他从没想过会将这个实验真正的运用到人类的身上。

虽然这项实验离成功还有很遥远的距离,Berger 希望未来要试试在不同的情况下,这个芯片是否能帮助建立长期记忆。而毕竟,这个演算法是基于特定的一项任务算出来的,那是不是也有可能我们人类的记忆密码是无法被概括定论的?Berger 亦认为,不无这个可能性,但他仍对此保持乐观的看法,他最终的目的,是想要带给有脑部创伤的患者更好的生活品质。

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