心電感應即將成真(2/2)

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心電感應即將成真(2/2)

撰文/Hayley Bennett|譯者/甘錫安
轉載自《BBC知識》2018年8月第84期

侵入大腦

另一種方式是直接把電極植入大腦,2004年Matthew Nagle就採用這種方法。目前為止,植入式腦機介面的試驗對象多為癱瘓患者,因為對他們而言,值得以手術與風險來換取身體功能的改善。奈格爾曾經利用試驗機會,讓一名癱瘓患者與電腦連結;這名患者透過學習,能以意念控制電腦螢幕上的游標、遙控電視以及發送電子郵件。

去年,研究人員使用新版本的植入式「大腦之門」(Braingate)介面,讓三名癱瘓患者以大腦控制打字,每分鐘可打出八個單字。可惜的是,目前這套最先進的系統必須植入大約100個電極,還必須讓一大束電線侵入腦部;儘管很像《駭客任務》電影裡的場景,然而可能導致感染。在德國弗萊堡大學開發醫療用腦機介面的Thomas Stieglitz說,「感染是一大問題,並且從頭皮穿出的接頭不甚美觀。如果再擴充到全大腦介面(同為Neuralink產品),需要植入數百萬甚至數十億個電極,更別提這些電極目前無法無線運作。」

Stieglitz團隊正在開發可抑制癲癇發作作的腦部植體,如果成功,未來就有機會能更廣泛使用腦機介面。他說,「我們的夢想是植體中有個程式會說:好,六秒鐘後癲癇可能會發作,我應該刺激腦的這個部份來防止發作。」Stieglitz表示已經有款植入式裝置取得醫療產品許可,是神經步調(NeuroPace)公司的神經刺激裝置。弗萊堡大學成立的神經迴環(Neuroloop)公司也在開發一款血壓植體,可刺激迷走神經中傳送血壓資訊給大腦的纖維,讓大腦知道現在血壓太高,觸發體內的感壓反射(baroreflex),使心肌和血管出現變化,從而快速降低血壓。

然而Stieglitz陷入研究人員初期製作植體時遇到的工程問題,不論是想治療癲癇或透過思想跟朋友對話,都必須先解決這項困難。他說,「這個挑戰是設計出能跟人體互動一輩子的系統。」意思是我們必須想辦法以無線方式供電給頭顱內的系統,不需要拿出來充電,並且確保它跟神經互動時不會造成傷害,或在人體充滿水的環境中不會鏽蝕。史蒂格利茲表示,後者或許可以用和神經組織同樣柔軟的「軟性植體」來解決,但外科醫師執行手術時,將會像在「植入水母」。

植入式裝置除了實用問題,還必須處理道德問題。DARPA認為在健康士兵身上測試的手術成本太大、風險太高,Valeriani則認為最好投資在確定可行且不需手術的介面,這類介面成本也較低。不過Valeriani承認,只在頭顱外安裝電極,提供的細節完全不足以因應全腦介面的需求,只能讓神經科學家概略了解腦部各區有何反應。必須深入大腦才能取得單一神經元的精確讀數,然而除了動刀,沒有別的方法了嗎?

望(神經)塵莫及

加州大學柏克萊分校研究團隊把這個「神經塵粒」植入大鼠的某條神經。(圖片來源:Neuroloop)

五年前,美國加州大學柏克萊分校研究團隊首先發表「神經塵」;如今,兩位發明人Jose Carmena和Michel Maharbiz成立了伊歐塔生物科技公司(Iota Biosciences),開發微型神經植體,只需簡單的體外程序就能完成裝置。卡米納說明,「裝置方法就跟穿耳洞或刺青一樣。」

他們使用大小和沙粒相仿的植體,成功記錄並刺激大鼠的神經。預測未來可在人體植入多個神經塵粒,透過監測裝置記錄健康狀況,甚至只要調整適當神經,就能治療從心臟病到氣喘等各種疾病。這樣的神經塵粒既沒有線路也沒有電池,更不需要接頭,解決了必須持續供電的問題。

DARPA開發出這種極小的裝置,可植入血管,記錄大腦活動。(圖片來源:University of Melbourne)

但該怎麼在不鋸開頭骨的情況下把植體放進大腦?有個方法是等這類裝置縮小,就可把塵粒「注射」至脊髓液。DARPA曾為軍用裝置提出類似方案,以「服用、注射或吸入等方式」把奈米裝置送到大腦。

Maharbiz質疑,這麼小的植體是否有實際效用?事實上,兩位Iota創辦人認為這類裝置不用進入中樞神經系統,就能達成「顛覆想像」的成果。他們發明的塵粒可透過四肢和器官的神經分支到達大腦,方法和NeuroPace血壓置入相仿。Maharbiz說,「我們認為神經系統中還有其他地方可以裝置這類連接埠,儘管這樣無法提供像在大腦皮質中安裝1000條通道那麼大的頻寬,但能做的事已經多得令人驚訝。例如刺激周邊神經,加強認知能力等等。」

對於不希望頭骨挨刀的人而言,神經塵似乎是最佳解決方案,但我們能用它來打造馬斯克的夢想機器,或設計出以數百萬個電子塵點構成的全腦介面嗎?

有趣的是,Iota團隊最初那篇神經塵論文的共同作者徐東津(Dongjin Seo),目前正與Neuralink合作。儘管馬斯克對自己的新計畫諱莫如深,但Carmena和Maharbiz認識其中幾位成員,據說他們打造次世代植入式大腦介面的概念「完全沒有誇大」。Carmena表示,姑且不論馬斯克的其他野心,最先受惠的人將是某些特定疾病患者,「事實上他們會製作一直以來都相當需要的臨床裝置。就用途而言,醫療領域會先使用一段時間,我沒辦法斷定多久,但一定會花一些時間。」

我們現在只能靜觀其變。但如果說有人將顛覆腦機介面的世界,應該非馬斯克莫屬!(完)

(本文由教育部補助「AI報報─AI科普推廣計畫」取得網路轉載授權)

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