中美科学家将微型电路注入大脑

点击：  作者： 杨静汇编    来源：昆仑策研究院  发布时间:2015-06-11 11:13:59

  

 

【北大新媒体】分享——中美科学家合力突破机器人大脑！

 

哈佛和中国国家纳米科学中心的科学家成功研制出可通过注册器注入大脑的植入芯片，且无需开刀。这枚微型芯片结构仿制中枢神经的互联结构和柔软的大脑组织结构，材料也不受人体排斥，对大脑造成损伤较少。目前该技术的老鼠试验已获成功。

 

美中科学家将微型电路注入大脑

 

科技日报北京6月8日电（记者张梦然） 英国《自然-纳米技术》杂志8日在线公布了一项“可注射电路”的研究。论文展示了一种柔性电路，能通过直径小到0.1毫米的针注入到合成空腔或活体组织内。这些由网状电极构成的电子元件，在注入后不到1小时就可以展开到原来的形状且无损于功能。实验已证明，其可以用来监测小鼠的大脑活动。

柔性和可伸展的电子元件能用于连续监测并操纵一些三维结构属性，例如生物组织。过去已有研究表明，生物集成微电子学需要并可以适应如大脑般错综复杂的结构，但在实际操作中，这些电子元件尚只能通过手术植入，把它们放到特定区域，至今还不能做到非侵入性植入。

如今，国际知名的顶尖纳米科学家、美国哈佛大学的查尔斯·李波以及中国国家纳米科学中心的方英，带领他们的研究团队设计出一种网状电路，能装在注射器里，再通过直径小到0.1毫米的针注入到合成空腔或活体组织的特定区域。

论文作者们表示，被注射进去以后，原来“卷起”的电路会展开到接近原始配置的80％，并且不会损失功能。研究人员将电路注入到活的小鼠的大脑里面两个不同的区域，在为期5周的时间里，它们没有产生排异反应，电路也表现出能和健康的神经元连接。当微型电路注入到小鼠的海马体时，研究人员发现，微型电路能监测大脑活动，且对周围大脑组织的损伤非常有限。

人造植入体内电子元件的功能、与生物体自身器官的兼容性以及尺寸制造工艺都在升级，随之的植入手段也越来越高明。在《自然》杂志上与本篇论文相关的新闻与观点文章中，评论作者金大铉和李勇植写道：“未来，结合带有其他功能单元的可注射电路（还可以有无线单元），将引导可植入生物电路和持续的生物监测技术方面的创新。”

 

总编辑圈点

 

　　十几年前就有人尝试将细小的电路置入小鼠的大脑，尽管在当时已经将最先进的电子元件用于这项科技，这些电路仍然像一把“沙子”一样被“撒”进小鼠的大脑，一系列排异反应令其痛苦不堪。如今，中美双方共同研制出的这款柔性电路及其注射器，为困扰脑科学家多年的问题带来了解决的希望。如果这些微型电路功能过硬且对大脑损伤十分有限，我们绝对有理由相信它会帮助人类打开一扇研究脑科学的全新大门。

 

 

 

脑电波有望成新型密码

 

【据中新社】美国宾厄姆顿大学等机构的研究人员在新一期《神经计算学》杂志上报告说，让志愿者阅读一些常见的缩略词如FBI或DVD等，同时测量他们大脑中与阅读和认识词语有关部位的脑电波。研究人员发现，即便是读同一个词，每个人的脑电波特征都不一样。

　　研究人员因此认为，可以用这种刷脑电波的方法来代替密码。试验显示，其准确率已可达94%，说明有实用潜力。

　　除目前应用较广泛的指纹识别技术外，生物识别技术还包括虹膜识别、静脉识别和人脸识别等。

　　与这些生物识别技术相比，刷脑电波有一个明显的好处，就是盗刷难度非常大。

　　当然，鉴于目前读取脑电波的设备还较复杂，这项技术可能暂时难以用到日常生活中。不过研究人员认为，在保密要求非常高的军事基地等处，可以用刷脑电波的方法来进一步增强安全性。

　

芯片如何植入人体？

 

早在很多年前，将芯片植入人体，以之控制疾病、延长生命、控制武器、甚至操控思想，都早已成为小说和电影中屡见不鲜的的创意。但现在，麦考利用自己证明了，植入芯片不再是一个科幻设想，而是已经成为现实。

　　 2014年11月，雷蒙德·麦考利（RaymondMcCauley）做了一个大胆的决定：在自己左手的虎口位置，植入一个微小的芯片胶囊。这样做对人体有多大的风险，目前仍然未有结论。尽管如此，但麦考利没有犹豫：在他看来，人体植入芯片的技术已经成熟。

　　从科学家、工程师到企业家，从超级黑客到超级极客，麦考利有很多个身份，比如BioCurious生物计算黑客组织发起人，比如奇点大学生物数字项目负责人等等。但他所有的身份，都有一个共同特点：活跃于生物技术领域前沿，他给自己的定义也是“数字生物学家”—这是一个10年前还并不存在，但现在却正成为科技前沿的创新领域。

　　“我的体验很棒，我相信在不久的将来，人体植入芯片就会成为大势所趋。”2015年1月30日，在旧金山“TheBigTalk”高峰论坛的闭门会上，麦考利表示。

 

植入芯片改变现实

 

　　事实上，早在很多年前，将芯片植入人体，以之控制疾病、延长生命、控制武器、甚至操控思想，都早已成为小说和电影中屡见不鲜的的创意。但现在，麦考利用自己证明了，植入芯片不再是一个科幻设想，而是已经成为现实。

　　植入芯片只需要一个小手术，通过探针送入一个2毫米直径，12毫米长的芯片胶囊，整个过程只会比打一枚耳钉略疼一丁点。完成之后，芯片胶囊所在的位置，会产生一个米粒大小的鼓包，但不会带来任何的疼痛或异感。

　　但在植入之后，这枚芯片却给麦考利的生活带来了巨大改变。

　　植入的芯片支持数据存储，也支持NFC（近场通讯技术）的无线传输，所以，麦考利只需要拿手机从手上扫过，就可以读取芯片里存储的信息，或是在里面存入新的资料—在整个胶囊的“生命周期”中，仅仅写入操作就可以进行超过10万次。

　　如今，麦考利已经将自己的名片信息存在芯片里，别人只需要用手机一扫，就能获得他的联系资料。而他家的房门也装上了NFC装置，他回家只需要用左手靠在门把上，然后一拧，不需要找钥匙就能开门—在他看来，这些都是既方便，又非常耍酷的事情。

　　当然，麦考利并不是第一个在身体里植入芯片的人。

　　早在1998年，英国伦敦雷丁大学的布凯文·沃维克教授就曾经把一枚芯片植入前臂，并通过计算机跟踪自己位置。2002年，美国应用数据公司也曾推出名为VeriChip的芯片产品，它植入后休眠状态，但可以通过手持扫描仪读取信息。

　　不过，与以前这些更偏向于小规模实验的产品相比，近几年的植入式芯片开始真正走向大众。体积从大到小、从不携带电源到携带电源、从被动接收信号到主动探测、发送信号，价格也越来越便宜。

　　比如，麦考利植入体内的这款芯片胶囊就非常便宜，即使是在还没有大规模普及的阶段，也只需要99美元：这意味着，它的成本未来几乎可以向所有人普及。

　　据他透露，目前全世界已经有至少超过2000人在身体内植入该芯片。

 

　　传感器：迈向“超人”的第一步

 

　　存储和传输信息只是第一步，在麦考利看来，植入芯片未来的功能与应用，还有极为广阔的潜力空间。比如，在胶囊中加入传感器，就能让它对人的身体有更多感知，从而提供更多功能。

　　“你可以想象，你中午正在吃饭，突然电话响了。你拿起来一看，是手机告诉你，你不能再吃了，因为你吃了很多了，或者快下班的时候，手机给你发消息提醒说，你妻子今天血糖偏低，你要注意给她调理吃药，而且要小心别惹她，因为血糖低容易发脾气。”麦考利说。

　　事实上，类似的工作已经有人在尝试。

　　此前，电子生物工程师布莱恩·麦考伊（BrianMcEvoy）就曾将导航仪设计加入植入式芯片，并将其植入自己的皮肤下，这样只要面朝北方，芯片就会轻微地刺激皮肤，让他清楚方向。

　　此外，人们也希望，通过植入芯片修补甚至加强人体功能。

　　比如人脑辅助记忆。研究人员希望，通过植入芯片刺激大脑，对损坏部分重新编码，从而恢复记忆。如果这一希望实现，则可能让中风、帕金森症或阿尔茨海默氏症等与神经细胞死亡相关的病症得到缓解。

　　而在更遥远的未来，植入芯片甚至可能让人类获得前所未有的“超人”能力。

　　可植入式芯片与人体的交互，靠的是信号传输和转换。动物的内在和外在的绝大多数行动都是依靠大脑和神经控制，只要对特定细胞进行刺激，就会获得相应的神经信号，并通过神经在大脑与器官之间传递。而植入芯片通过对电刺激，可以改变人的能力、行为甚至思想。

　　比如，“生物黑客”里奇·李（RichLee）就把磁体植入耳内，只要接收到磁线圈发出的信号，他就可以听到音乐或其他声音。按照他的计划，当这个微型无线系统和超声波测距仪、温度计连接起来之后，他甚至可以“听”到距离和温度。

 

　　技术障碍与伦理风险

 

　　虽然已经走进现实，但就目前而言，植入芯片的大规模普及仍然有待时日。

　　最迫切的问题在于技术实现仍然存在瓶颈，尤其是电池能力。

　　以麦考利为例，他植入的芯片电量，只能够正常使用5-10个月，如果没有大规模提高电容量、或是无线充电或其他发电技术出现，使用时间很难大幅度提升，这仍然会让很多用户保持观望。

　　此外，如何提高芯片的存储、计算能力，以及增加稳定、可靠、低功耗的传感能力，这也还需要时间来完成技术的迭代积累。

　　不过，与电池技术相比，这些都是小问题。按照麦考利的预期，这几个方面的技术发展可能会在2015年底或2016年获得较大突破。

　　而就长远来看，更值得注意的是，虽然植入芯片依旧是医疗手段，但由于它有可能对用户隐私、思想乃至生命安全产生颠覆性影响，它也将带来巨大的社会伦理问题。

　　比较现实的问题，是植入芯片获取的用户身体数据，需要建立完善的机制，防止其被人恶意利用，这方面的讨论与实际工作已经展开。

　　早在1950年，大脑专家胡塞·戴尔卡多曾尝试制作人脑芯片，希望能通过植入芯片刺激人脑，从而改变人的情绪，甚至控制人的躯体行动。

　　而在2007年，德国也曾就“远程杀人芯片”申请专利，并因有悖伦理而被迫终止实验。控制者可以通过远程启动装置，让植入芯片释放毒素，杀掉他人。

　　这些案例都让人担心，植入芯片最终走向技术控制他人的歧路。或许，这将是植入芯片大规模普及前，我们必须直面的关键问题。