你相信吗:借助医疗大脑芯片能让你瞬间变聪明

2016-09-08 20:20:38来源: 奇点网 关键字:大脑  芯片  神经受损

   认知革命以来,虽然敏捷不如捷豹、力量不及水牛,人类却一步步攀爬到食物链的顶峰,而这一切靠的正是我们的大脑。长期以来,我们痴迷于超级大脑的神话–普通人仅仅开发了大脑10%左右,大脑的绝大区域仍然处于沉睡的状态。我们能不能借助更好的工具或药物来「唤醒」沉睡的大脑?我们能不能像黑客更改电脑程序一样来「更改」我们大脑的性能?大脑黑客(brain hacking)技术到底是释放大脑全部势能的钥匙,还是一场商业公司利用人类追求「超级大脑」美梦的营销骗局?

  Kernel公司,坐落在硅谷,和硅谷里关注人工智能的公司不一样,Kernel关注人的智能。今年8月份,Kernel宣布了一项宏伟的计划:要在人脑中植入一个微型芯片,帮助神经损伤的患者,比如说中风患者、阿尔兹海默氏病、脑震荡患者来提高他们的记忆力。Kernel称其为神经假体,希望它能长期提高人们的智力、记忆力和认知能力。

  

  大脑的海马体是负责记忆、存储信息的关键区域

  南加州大学神经工程研究中心主任Ted Berger的研究成果,是Kernel的神经假体的理论依据。Berger研究发现:当人们接触一项新事物时,海马体的电极会记录来自特定神经元的电信号。Berger研究在短期记忆转为长期记忆的过程中,大脑的电信号是如何起作用的。对于那些因为神经损伤而难以在自己身上形成持久记忆的人来说,神经假体试图复制健康大脑细胞相互通信的方式,帮助他们形成长期记忆。

  

  植入神经假体可以帮助患有神经损伤的患者形成长期记忆,Berger的实验室建立了一个数学模型–采取任何输入(学习)信号,并产生相应的输出(记忆)信号。

  首先,我们要找到那些影响记忆的信号,利用植入的神经假体来增强它们,然后把这些信号重新输回大脑, Berger说,「这项研究已经在小鼠和灵长类动物进行了实验,现在我们正在进行人体实验,并且初步取得了良好效果。我们的神经假体正在朝着商业化的目标出发。」

  神经假体想要实现商业化,可有不少的拦路虎。首先,人类形成记忆的电信号是相同的吗?如果有两个人记忆一样的单词,那么他们产生的电信号是相同的,还是会使用不同的信号模式来进行记忆?Berger的研究表明:在小鼠实验中,研究者们的确发现了重要的通用信号,但是在灵长类动物的实验中却没有发现。并且,小鼠只有2亿的神经元,而人类却拥有860亿的神经元。此外,Berger认为,即使人类的大脑中有形成记忆的通用信号,但以现在的检测手段也很难发现。

  往大脑里植入微型设备来提高记忆,嗯,这听起来有点疼。如果有一种无创的、在家就能使用、刺激大脑特定区域就能提高智力、记忆力、认知能力甚至运动能力的设备,你会不会尝试?

  看到这这,恐怕不少人已经心动了。而这也是tDCS这两年格外火爆的原因。

  

  在Youtube上可以看到许多科技爱好者自己DIY tDCS设备的视频

  经颅直接电流刺激,tDCS(transcranial direct current stimulation),原理是利用直流电对大脑特定区域进行电刺激,以提高大脑的学习能力、记忆力和运动能力,甚至用于治疗癫痫、抑郁症和慢性疼痛等疾病。虽然tDCS并不是无创脑刺激的唯一方法,但是它是最简单的:电线+几根电阻+一些稳流器+一个9V电池就能让普通人在家DIY的「大脑黑客技术」。简单的操作方法和神奇的效果吸引了不少这方面的技术爱好者、黑客。这听起来很cool,关键是,它真的有效吗?安不安全?

  Christopher Zobrist,越南人,37岁。因为生下来就有视觉神经的遗传性疾病,他能看到的东西越来越少,更悲惨的是,这种遗传性疾病无药可救。偶然的一次,Zobrist了解到德国的实验室利用交流电的经颅刺激帮助一些青光眼患者部分恢复了他们的视力。尽管这个方法并不匹配他的病情,Zobrist决定尝试结合tDCS和一款视力训练APP来恢复自己的视力。他说他很快就注意到他的远距视觉和对比度得到了明显的改善,六个月后,我可以看到迎面而来车辆的距离是原来的2到3倍。当我穿过繁忙的街道时,这对我帮助非常大, Zobrist说道。

  电极放置的位置是影响tDCS效果的决定性因素,除此之外,电流振幅,刺激持续时间,个体差异都成为影响因素。目前,DIY的tDCS设备已经出现一些副作用:头痛、恶心、使用后失眠、出现暂时性的视觉效果和轻度皮肤灼伤等。虽然目前还没有出现因为DIY tDCS设备导致癫痫发作、严重受伤或死亡的报道,但是这并不意味着DIY的tDCS是没有风险的。DIY用户可能将电极的方向搞错,从而错误地刺激他们大脑,有可能损害大脑的机能。如果说tDCS的效果可以持续好几个星期,那么它的副作用也可以持续很久。许多神经科学家担心儿童或青少年使用tDCS设备会影响他们的神经发育。

  至于tDCS是否有效果,设备厂商和科学家各执一词。

  

 

  Thync的设备

   Thync公司利用tDCS推出了一款口袋大小的可穿戴设备,它号称借助超声波和微小电流能够改变人们的心情状态。这款可穿戴设备有两种模式「Energy」和「Calm」,通过手机APP的控制,你可以选择脑部刺激的类型和强度。比如说,在比赛前,你可选择「Energy」来提高自己的专注力;在临睡前,「Calm」模式会让你更快地入睡。Thync的设备主要面向因为健康原因和宗教原因不能接触酒、咖啡因的人群。

  

  Halo Sport

  另一外家公司Halo Neuroscience则推出了一款头戴式设备Halo Sport,这个设备主要运用了tDCS(transcranial direct current stimulation)技术。在运动员热身或训练的时候,带上Halo Sport头戴式耳机,耳机顶部内置了能够产生1.5-2毫安的小电流的电极,这些小电流会刺激大脑的运动皮层,使大脑运动区域的神经元更加活跃,而这些神经元与肌肉紧紧联系。

  理论上来说,在运动员训练的时候沿着神经回路重复地输送微电流信号,这样电流信号会变得轻车熟路,下一次能更容易地通过神经回路。好处就是:即使下次不用Halo Sport设备,运动员的表现也会更出色。在刚刚结束的里约奥运会上,不少运动员使用了Halo Sport这项设备。

  虽然市面上tDCS设备卖的热火朝天,但许多神经科学家对tDCS的效果相当怀疑,并认为那只是商家的营销伎俩。

  澳大利亚墨尔本大学的神经科学家Jared Horvath在定量研究中没有发现tDCS可以对健康人群的大脑产生任何认知方面的提升。

  2013年,牛津大学实验心理系的两名教授Teresa Iuculano和Roi Cohen Kadosh对tDCS的效果进行了一次实验。他们创造了一种新的符号系统,将志愿者分成三个小组。前两个小组都使用tDCS设备,但是两个小组刺激大脑的不同区域。第三组使用没有效果的tDCS设备作为控制组。一周后,研究人员对三个组都进行了测试,检测他们是否学会了新的符号系统,以及是否能在实践运用。对比控制组,第一组在学习能力上有明显的提高,却在应用能力上有所下降。而第二组与第一组的情况恰恰相反。这表明,我们的大脑具有相当好的平衡性–通过人为刺激大脑的一个区域,该区域性能得到提升,那么在另一区域的能力会有所下降。

  「我们无法确定任何人工刺激的长期效果是怎么样?我们的大脑能够承受人为提高的能力吗?我们的大脑已经进化了数百万年,可能已经处于最佳的神经平衡状态,任何试图改变的刺激最终只能伤害而不是增强大脑功能」,Martin Dresler说,他是一位研究认知增强的德国神经学家。

  

  Marom Bikson

  在欧洲,tDCS设备已经被批准用来治疗抑郁症和慢性疼痛。在美国,FDA并没有批准任何用于医疗的tDCS设备,但从长远来看,批准是不可避免的。2016年8月28日,在美国纽约,一些神经系统科学家和tDCS设备制造商讨论面向消费者的脑刺激设备的监管问题。参会的团体准备向FDA提交一份为神经刺激的设备设立标准的建议书。「现在神经刺激的设备随处可见,在购物网站上,在奥运会的报道中」 会议的组织者Marom Bikson说,他是纽约市城市学院的一位教授。但是在科学家和产业界并没有对监管达成一致,作为专业的团体,我们落后了。

 

  会议上认为要对在家使用tDCS设备的人群设立标准,首先要控制电流的强度。其次,医师要通过Skype等视频通话软件来指导患者,研究者特别强调了放置tDCS位置的重要性。如果一个设备制造商坚持说自己的设备是针对健康人增强记忆的,那么它很可能不受FDA的监管,这一漏洞让专家们很着急,他们认为这些消费级的tDCS设备基本上等同于医用神经刺激设备。为什么只监管那些专业人员负责任地操作,而不去监管那些技能生疏、没有经验的用户呢?如何填补这个监管漏洞也是一大问题。此外,专家们特别强调,除非有医师明确的建议,不要对儿童或少年使用tDCS设备。

关键字:大脑  芯片  神经受损

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/article_201609086838.html
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