人類距離用生物芯片治愈癱瘓還有多遠(yuǎn)?

　　據(jù)外媒報道，4月14日，一篇《大腦芯片植入幫助癱瘓者重新控制肢體》的報道再次引爆了“美帝帶給人類希望”的激烈討論。事實上，為什么總是美帝率先搗鼓出能引領(lǐng)人類科技發(fā)展的前沿技術(shù)——并不是小編要在此討論的話題。小編只是有幸在美帝與參與腦科學(xué)研究的一線專家們有過零距離接觸。鑒于此，在看到《自然》就報道發(fā)表“用計算機(jī)來攻克脊髓損傷的時代已經(jīng)到來”的觀點時，難免會有所暢想，會思考“人類距離用生物芯片治愈癱瘓還有多遠(yuǎn)”的問題。

　　那么，人類距離用生物芯片治愈癱瘓究竟還有多遠(yuǎn)?依小編的理解，商業(yè)化(應(yīng)用要能夠走出實驗室環(huán)境)恐怕至少還有幾十年的等待。至于一些狂人所幻想的將計算機(jī)芯片與人腦結(jié)合，以促成“人機(jī)合一”的cyborg(半人半機(jī)器人)，拋開法律上的倫理之爭不談，時間上至少不應(yīng)該是我們這代人需要擔(dān)心的話題。

　　并非是小編要“潑冷水”，只不過就像小編在過去談及AI(人工智能)時所提到的——人類對大腦的理解還十分粗淺，即使是這次被認(rèn)為是巨大突破的用芯片輔助癱患者重新控制右臂的研究，其理論方法未必就具有通用性(換一個志愿者，恐怕計算機(jī)的識別算法都要做個不大不小的修改)。

　　腦研究的局限性

　　小編前面敢提出“通用性”的質(zhì)疑，是因為對當(dāng)前大腦實驗研究的局限性有一定了解。眾所周知，大腦神經(jīng)元之間的溝通是通過微量的電流信號進(jìn)行的，正所謂“腦電波”的概念。人類對大腦的學(xué)習(xí)，就是對不同腦區(qū)的“腦電波”進(jìn)行采樣和歸納，然后找出某種通用的規(guī)律來解釋對某種行為的反應(yīng)——譬如，要控制右手握拳時，某個腦區(qū)或者某幾個腦區(qū)可能同時(或先后)做出反應(yīng)，在同一時間內(nèi)(或極短時間間隔內(nèi))產(chǎn)生明顯不同于一般情況下的“腦電波”信號。

　　于是，僅上面這個舉例就有了很多的可能：到底有幾個腦區(qū)會參與反應(yīng)?大腦說大不大，說小不小，但如果要細(xì)分腦區(qū)，恐怕也不是簡簡單單幾個點、幾條線就劃出來了，必然要通過實際的摸索和經(jīng)驗的累積。

　　那么，怎么去摸索和采集“腦電波”信號?這又涉及到信號采樣的方法，通常可分為侵入式和非侵入式兩種，前者是切開頭骨在大腦表層插根針，后者是剃光頭發(fā)在頭皮表面貼個膜，至于效果的差距，準(zhǔn)確性絕對不是同一個層級的。于是問題又延伸開了，做一次控制右手握拳的腦區(qū)信號研究，要在大腦上插多少根針，或者說采集多少個點的信號才能保證結(jié)果最接近真實?

　　在大腦上插幾百根針來采集信號顯然是不現(xiàn)實的，即使做到了，對于之后進(jìn)行信號處理的研究人員來說也難以入手?！澳X電波”如果用圖示表達(dá)出來其實就如心電圖一樣，是一張張的波形圖。任何一個人直接看這些圖，是基本看不到任何可讀信息的。不像計算機(jī)世界里的二進(jìn)制碼，經(jīng)過“翻譯”，人們最后還是可以看到背后所表達(dá)的信息。至于“腦電波”，不管我們怎么“翻譯”，里面都不會隱藏著“握拳”這層含義。

　　一組腦電波信號

　　所以，做腦科學(xué)研究的團(tuán)隊通常會根據(jù)過去一些研究的成果和經(jīng)驗，將腦區(qū)采樣的范圍縮小到一個合理可行的區(qū)間，然后重點對這些腦區(qū)及腦區(qū)對應(yīng)的行為進(jìn)行更深層次的學(xué)習(xí)。

　　不同腦區(qū)所對應(yīng)的不同功能

　　然而，盡管我們有八九成的把握可以說這個腦區(qū)是控制語言的，這個是控制視覺的，這個是控制說話的……但我們卻沒有百分之一百的把握證明，在閱讀時控制說話和語言的腦區(qū)完全不參與，或者只在有限程度上參與。

　　換個說法，我們今天對大腦的理解并不能保證我們就是百分之一百正確的，就像當(dāng)年冥王星被認(rèn)為是第九大行星一樣，經(jīng)過一些時間的爭辯后，寫進(jìn)教科書的內(nèi)容也還是有可能被抹去的。

　　大腦如此復(fù)雜，基于我們有限的理解和有限的資源，一切有關(guān)大腦的研究項目都是非常局限性的。就以本評論中提到的控制癱瘓的右臂的例子來說，俄亥俄州立大學(xué)的腦電波采樣應(yīng)該只是局限在了前人研究發(fā)現(xiàn)的最有可能參與控制右手操作的幾個腦區(qū)。只要電腦監(jiān)測的幾個腦區(qū)做出了符合預(yù)先設(shè)定的信號反應(yīng)，計算機(jī)就會做出相應(yīng)處理，將信號“翻譯”為操作，控制電極刺激手部肌肉，從而實現(xiàn)“重生”——不能說這不對，但不能排除換一個志愿者就可能采集到不一樣信號的可能，亦或者同一個志愿者未被監(jiān)測的腦區(qū)也可能在做著某種不為人知的反應(yīng)——如果這種猜測屬實，顯然該實驗仍不具備通用性，仍需要更多研究來證明其理論基礎(chǔ)。

　　俄亥俄州立大學(xué)實驗示意圖，癱患者必須躺在實驗室里才能讓自己“重生”

　　用猴子做實驗通常有很嚴(yán)苛的要求

　　沒見過也可能聽說過，人類關(guān)于腦的研究大多是通過專業(yè)訓(xùn)練的猴子來采集數(shù)據(jù)樣本的。大概有這樣一個實驗，是讓訓(xùn)練過的猴子在黑底白點的屏幕上辨識雜亂白點可能組成的形狀(小編無授權(quán)，圖就不放了)，并根據(jù)看到形狀后兩個腦區(qū)的反應(yīng)做進(jìn)一步分析，以證明某個理論。

　　小編這里想指出的是，做這樣一個實驗，猴子需要經(jīng)過3個月的專業(yè)訓(xùn)練(配合了給予食物獎勵)，然后為了避免任何可能的干擾，要在全黑封閉房間內(nèi)完成，屏幕上也只能是黑底和白點組成的畫面……以上只是很多嚴(yán)苛要求的其中一部分，更多就不細(xì)說了。

　　假設(shè)，屏幕白點換成紅點，甚至是多種顏色的點(色盲色弱測試的找數(shù)字，大家都做過嗎?想象一下)，這時候得到的數(shù)據(jù)基本上就有可能完全推翻完全依照實驗要求而得到的數(shù)據(jù)結(jié)論。

　　所以說，前人通過嚴(yán)苛條件得出的實驗結(jié)論，雖不能說是錯的，但卻總是不夠完美的?；诓⒎峭耆_的理論進(jìn)一步做研究，運氣不好的話恐怕還真的會以失敗告終(生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的博士們應(yīng)該很理解小編說的是什么，研究到一半自己都不相信自己研究結(jié)論的人可以說比比皆是)。

　　回到俄亥俄州立大學(xué)的實驗案例，小編特別想說一個問題——該實驗要求志愿者看著屏幕畫面，在腦中想象自己扭動手腕或者彎曲手指的畫面，然后根據(jù)監(jiān)測的腦區(qū)的反應(yīng)，將腦電波通過計算機(jī)“翻譯”成為肌肉動作(通過電極刺激肌肉完成)。這里有個疑問：正常人其實是可以做到在腦中想象扭動手腕的畫面，而不真正去扭動手腕的。這其中在腦區(qū)的反應(yīng)上又有怎樣的差異呢?

　　總結(jié)

　　小編并不是在消極評論俄亥俄大學(xué)的研究突破，而是想很現(xiàn)實地告訴大家：別讓媒體的激動和噴子的無知給誤導(dǎo)了。任何科學(xué)的進(jìn)步當(dāng)然都是通過一點一滴的累積，如今我們對腦科學(xué)的研究也只不過是勉強(qiáng)走到了入門階段罷了。在局部，我們或許有了一些大的突破，但要成為一個能夠商化的解決方案則仍還有大量的工作尚待完成。至于AI或者cyborg是否會顛覆人類的假設(shè)，小編再一次強(qiáng)調(diào)，這不應(yīng)該是我們這代人需要擔(dān)心的問題，我們對大腦的理解還遠(yuǎn)未達(dá)到會制造恐慌的水平。

　　一些技術(shù)細(xì)節(jié)講解

　　技術(shù)細(xì)節(jié)一般是很多人不感興趣的，寫起來也難免不會枯燥，所以小編就放在了最后，給那些想看的網(wǎng)友進(jìn)一步去了解有關(guān)的內(nèi)容。

　　前面只粗略提到了腦電波的形式，卻沒有細(xì)談采集到這些信號后要怎么處理和怎么解讀。事實上，所謂的信號其實就是腦中神經(jīng)元之間的電流值。在一般情況下，大腦即使沒有在負(fù)載工作(可理解為計算機(jī)CPU待機(jī)狀態(tài))，也是會有一個電流通過的，而如果突然進(jìn)入工作狀態(tài)，這個電流就會被突然放大，也就是圖1中看到的一些明顯高于平均水平的峰值(peak)。

　　數(shù)據(jù)處理人員就是要分析這些峰值。腦波有突然出現(xiàn)的峰值，就表明這個腦區(qū)對某個事物做出了反應(yīng)。當(dāng)然，有的反應(yīng)只是false alarm，而有的則是實實在在需要追蹤分析的連續(xù)信號波。

　　通常情況下，實驗會監(jiān)測腦區(qū)好幾個點的信號反應(yīng)(也可能好幾個腦區(qū)的好幾個點)。那么分析人員就要把這些波形圖放在一起看，找到一個可以總結(jié)出來的規(guī)律。譬如，腦區(qū)A的點1、2、3總是對某個顏色的出現(xiàn)產(chǎn)生反應(yīng)，而點2、3、4則可能在另一個顏色的出現(xiàn)產(chǎn)生反應(yīng)，于是研究結(jié)論可能就得到：腦區(qū)A點1、2、3對應(yīng)顏色1，點2、3、4對應(yīng)顏色2(這個假設(shè)例子不一定成立，這里只是為了解釋一下分析工作的過程)。

　　然而，像上面假設(shè)的那種規(guī)律未必總存在，也或者點1先做出反應(yīng)，間隔幾毫秒后，點2、3、4分別做出反應(yīng)……等等。各種情況的出現(xiàn)自然增加了分析難度，尤其是加入新腦區(qū)新采樣點的數(shù)據(jù)之后，復(fù)雜程度將幾何級增長。

　　況且，腦電波不會告訴你看到的是什么顏色?？赡?，實驗者1看到紅色會興奮，然后腦區(qū)A的點1、2、3做出反應(yīng)，而實驗者2看到黃色會興奮，然后腦區(qū)A的點1、2、3做出反應(yīng)……于是，結(jié)論可能就變了，點1、2、3的peak反應(yīng)或許只能證明實驗者看到了令其興奮的顏色，而不是看到了某一個顏色。

　　以上只是一些隨便編撰的例子，小編可以肯定其不正確性。這么假設(shè)主要是為了便于大家理解。大腦研究是很復(fù)雜的，前面已經(jīng)反復(fù)論證了這個問題，這里就不多說明了。