动物大脑间的连接首次实现

来源：腾讯数码   发布者：亦云   日期：2015-07-15  

关于脑波方面的课题，世界各地的机构和科学家已经进行了不少研究，并且取得了不错的进展。我们已经看到用脑波控制的各类设备，例如飞行器、游戏、灯光、电视、玩具机器人……类似电影《阿凡达》中的情节有望成为现实，该技术一旦成熟，将可以帮助千千万万的残障人士获得全新的沟通方式。现在，该领域的研究人员有了最新进展，他们利用来自不同动物的脑波实现了虚拟手臂控制、模式识别、甚至是预测天气。 要继续这方面的话题，我们需要谈到一个“脑机接口”（brain-machine interfaces，BMI）的概念。这一概念一直处于前沿领域，旨在帮助人（或动物）的大脑与设备直接建立连接，相互间传递信息和指令。目前，该技术主要通过附着于头皮附近的电极对脑波信号进行读取，进而转换成具体命令，各类在视觉、听觉和肢体运动方面存在功能障碍的人士有望从中获益。 现在，研究人员打算更进一步，在生物的大脑间建立联系。这一革命性的想法有望为我们带来全新的有机超级计算机，进而在一些特定领域得到应用。例如，读者朋友可能对闭锁综合征感到陌生，法国时尚杂志《ELLE》前主编让·多米尼克·鲍比（Jean-Dominique Bauby）就不幸罹患此病。闭锁综合征的患者虽然意识清醒，且对语言的理解无障碍，但因大脑部分功能受损，相应神经信号被阻断，因此无法说话，而且四肢无法移动。如果这一想法成为现实，则可以为此类人群带来全新的沟通方式，甚至有望超越语言的界限。 在该领域，杜克大学的神经系统科学家走在了前面。2013年，他们在两只老鼠的某些大脑区域建立了连接，使得其中一只的感觉和体验能够传递给另一只，后者会做出相应的反应。而接下来的实验更进一步，在不同的猴子间展开，让它们可以通过自己的意识共同控制一只虚拟手臂。 研究人员将他们的成果称之为“Brainet”，这是一种连接大脑间的网络，能够完成简单任务。通过电机以及其他器材的帮助，研究人员对来自3只猴子超过700个神经元的活动进行监测。 这些猴子试图控制的手臂来自位于另一处房间的一只虚拟猴子身上，后者可以被手持摇杆或脑波技术控制。在经过了一系列实验之后，研究人员发现，这些猴子之间可以如团队般协同工作，共同将手臂向一个目标移动。在进行了适当的奖品激励之后，这些猴子表现得更好。 上述研究人员还在4只成年老鼠间开展了另一项实验。这些老鼠的躯体感觉皮质层通过导电带进行了连接，可以接收和发送信息。在试验中，关于温度以及气压的信息被传递给这些老鼠，后者能够相互间共享经验，共同对降雨的可能性进行预测。研究人员还注意到，该网络在多只老鼠间的运作效率要等于甚至高于在单只老鼠大脑上的表现。 对此，杜克大学医学院神经工程中心主任、同时也是研究带头人的米诺·尼克莱尼斯（Miguel Nicolelis）表示，这是共享脑机接口的首次演示，其为接下来临床应用的开展奠定了基础。 目前，尼克莱尼斯正在与巴西的非盈利项目“重新站立”计划合作，旨在开发用于人体的非侵入式脑机网络，帮助那些瘫痪病人重获行动能力。 据英国每日邮报报道，人们常说三个臭皮匠赛过诸葛亮。现在科学家们首次联络了老鼠和猴子的大脑，制造了一个可以解决问题以完成任务的活体计算机。在动物身上创造“大脑网络”提出了一种可能性，也即未来有朝一日可以利用不可思议的解决问题技巧来创造一个超级人类大脑。 在未来的反面乌托邦科幻愿景里存在一种可能性，也即研究可以促进一种罪恶的“集体存在”的产生，就像电影《星际迷航》里的博格。美国杜克大学的神经科学家将四只老鼠的大脑相连，以解决一个啮齿动物无法单独完成的天气预测问题。在另一项单独的研究里，科学家们让三只猴子一起控制一只化身手臂够及目标。 带领进行这项研究的杜克大学医学中心神经生物学家米格尔•尼科莱利斯（Miguel Nicolelis）说道：“本质上来说我们创造了一个超级大脑。”这两项描述“大脑网络”实验的单独研究里均被发表在期刊《科学报告》上。尼科莱利斯博士表示这些研究“表明动物大脑网络可以作为有机计算机的核心。” 在第一项实验里，恒河猴状被排列从而将它们的大脑活动传输至电脑。它们学会了通过想象来控制化身手臂的移动。两只猴子被分别安置在单独的房间里，它们在一个计算机显示器上看到相同的化身手臂的图像。通过同步思想，其中一只猴子可以控制化身的水平运动，而另一只可以控制它的垂直运动，它们会本能的合作来触碰一个移动的目标。完成任务则获得果汁奖励。 一个大脑网络涉及三只猴子成功的在三个维度完成相同的任务，即使其中一只猴子分了心，这展示了这种集体大脑的弹性。随着这些猴子的经验和训练越来越多，研究人员发现它们可以更好的应对挑战。 “参与大脑网络的三只猴子可以同步大脑活动，从而产生一个统一的结果，从三维角度移动虚拟手臂，” 尼科莱利斯说道。“这是首次展示共享的脑-机界面。”这项研究发现猴子作为一个大脑网络合作时比独立完成任务要更成功。 虽然第一项实验里猴子的大脑是与计算机相连，但在第二项实验里四只老鼠的大脑彼此相连，同时还与一台计算机相连。它们的大脑通过两套电极相连，后者被植入涉及运动控制的大脑区域。科学家们通过发送电脉冲来刺激一只老鼠的大脑，而其它则被奖励这种活动。 老鼠学会了模仿彼此的大脑回应。不同类型的脉冲被发射至老鼠大脑里，代表着不同的温度和空气压力信息，老鼠可以结合这些信息预测天气。这项想象性的任务展示了一群动物的大脑可以快速同步以完成一项挑战，此外它们作为一个大脑网络可以更好的完成任务。 尼科莱利斯博士之前开创了脑-机界面，它使得截肢者可以控制他们的假肢，他表示这项研究应该与科幻电影区分开来。“我们看了太多好莱坞电影，以至于我们认为一切与科学有关的都是危险的、令人害怕的。然而我脑海里从未浮现过这些令人胆战心惊的情景。”他并不认为在大脑网络里共享情绪或者人格特点是可能的。但他认为这项研究或可以帮助中风后的人再次说话，例如通过将它与健康人的大脑里的语言区域相同步。 阿联酋阿布扎比马斯达尔科学与技术研究所的艾亚德•拉万(Iyad Rahwan)表示：“如果人类大脑也可以以相似的方式相连，它或可以产生一种超人类的解决问题的能力，使得我们可以交流抽象的思想和经历，这真是令人兴奋。这将改变人们合作的方式。” 拉万并未参与这项研究。

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