生物谷報(bào)道：將芯片植入大腦，代替正常的神經(jīng)功能,，在以前似乎是科幻小說中才有的故事,，然而現(xiàn)在卻成為現(xiàn)實(shí)。2004年,，加拿大科學(xué)家首次嘗試用芯片溝通神經(jīng)的功能,，見：加拿大：探明芯片上神經(jīng)細(xì)胞的學(xué)習(xí)功能，但這僅僅是嘗試,，隨后FDA批準(zhǔn)小芯片用于人體試驗(yàn),，這一切都顯示芯片最終進(jìn)入人體成為可能。
最新一期Nature報(bào)道一個(gè)故事,，在5年前的一次襲擊事故中,，25歲的美國馬薩諸塞州男子馬修·納格爾全身癱瘓。2004年,，美國羅得島州醫(yī)院專家在他的大腦中植入了一個(gè)電極傳感芯片,，將他打造成了世界上首個(gè)“仿生人”。如今,，馬修不僅可以用思想來控制電視機(jī),，開關(guān)電視和轉(zhuǎn)換頻道,，他還能用思想來控制電腦屏幕上的鼠標(biāo)指針，打開電子郵件,，玩電子游戲,。科學(xué)家相信,，這一仿生科技系統(tǒng)將為眾多失去雙臂的人和癱瘓患者帶來福音,。
大腦與計(jì)算機(jī)相連
據(jù)英國媒體13日?qǐng)?bào)道，現(xiàn)年25歲的馬修·納格爾是美國馬薩諸塞州人,，2001年,，他在一次襲擊事故中全身癱瘓。2004年,，美國羅得島州醫(yī)院往他的腦袋中植入了一個(gè)電極芯片,，將他打造成世界上首個(gè)可以用思想來控制物體的“仿生人”。這一仿生系統(tǒng)名叫“大腦門神經(jīng)界面系統(tǒng)”,，它包含一組植入大腦的電極,，可以記錄下大腦皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)信號(hào)，這些大腦信號(hào)可以通過電線發(fā)送到一臺(tái)計(jì)算機(jī)上,，并解碼分析成具體的運(yùn)動(dòng)指令,。
據(jù)悉，植入大腦的硅芯片只有一顆藥片般大小,，在它4毫米長(zhǎng)寬的表面布滿了100根小電極,，每根電極都比頭發(fā)絲還細(xì)，這些電極要插進(jìn)大腦控制運(yùn)動(dòng)的皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)一毫米深,，從而可以收集附近神經(jīng)細(xì)胞發(fā)出的電子信號(hào),。這些信號(hào)先是被一些細(xì)金線傳輸?shù)焦潭ㄔ诨颊哳^皮上一個(gè)1英寸高的鈦基座上，然后信號(hào)再從那里通過電線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里,。“仿生人”只需通過大腦想像一下就可以控制物體,。
用思想移動(dòng)電腦鼠標(biāo)
一開始，馬修通過這一“大腦門”系統(tǒng),，成功地學(xué)會(huì)了用思想移動(dòng)電腦屏幕上的鼠標(biāo)指針,；后來，馬修在新英格蘭西奈山醫(yī)院和馬薩諸塞州康復(fù)中心接受了57次訓(xùn)練實(shí)驗(yàn),，更強(qiáng)大地鍛煉了他的思想控制功能,。
現(xiàn)在，馬修不僅可以通過思想打開電子郵件,，在計(jì)算機(jī)屏幕上畫圓形圖案,，玩簡(jiǎn)單的電子游戲，甚至還能用“腦波”打開電視機(jī)，自由地更換電視頻道,。此外,，醫(yī)生還為他裝了一個(gè)機(jī)械臂，馬修現(xiàn)在已經(jīng)能用思想控制機(jī)械手掌的張開和合上,，同時(shí)還能移動(dòng)機(jī)械臂抓取物體,。
既是福音也是危險(xiǎn)
美國科學(xué)家的研究成果發(fā)表在了最新一期《自然》雜志上，負(fù)責(zé)這項(xiàng)科學(xué)研究的美國羅得島布朗大學(xué)教授約翰·多諾格胡說：“這項(xiàng)技術(shù)可以讓我們將來通過大腦信號(hào)激活癱瘓患者的四肢肌肉,，允許我們通過身體神經(jīng)系統(tǒng)重新恢復(fù)大腦對(duì)肌肉的控制,。”多諾格胡教授是馬薩諸塞州福克斯堡“電腦動(dòng)力學(xué)神經(jīng)科技系統(tǒng)公司”的首席科學(xué)官,，這個(gè)植入大腦的電極芯片正是由該公司發(fā)明的,。科學(xué)家稱,，這一科技將為無數(shù)失去四肢的患者和癱瘓患者帶來福音,。
然而，也一些專家警告稱,，美國“大腦門”科技的快速發(fā)展,，可能有著更險(xiǎn)惡的用途。美國目前有至少12個(gè)實(shí)驗(yàn)室都在發(fā)展大腦和計(jì)算機(jī)交互界面科技,，許多實(shí)驗(yàn)室的研究都受到了美國軍方的資助，獲得了超過2500萬美元的研究資助,。美國軍方顯然希望能發(fā)展出一種可由士兵大腦控制的“殺手機(jī)器人”,，打造出一種所向無敵的“超級(jí)機(jī)器人戰(zhàn)士”。
本期封面所示為BrainGate飛行員臨床試驗(yàn)的第一位參與者M(jìn)att Nagle,。在頸部脊索損傷后,，他的胳膊和腿不能動(dòng)了。布朗大學(xué)神經(jīng)科學(xué)系的研究人員與生物技術(shù)公司Cyberkinetics及其他三個(gè)機(jī)構(gòu)的人員合作,，發(fā)現(xiàn)與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的信號(hào)可通過一個(gè)植入的BrainGate芯片從大腦向外傳遞,，使患者能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)電腦屏幕光標(biāo)，啟動(dòng)簡(jiǎn)單的自動(dòng)裝置,。這種人造神經(jīng)運(yùn)動(dòng)裝置有可能為研制可以代替或恢復(fù)癱瘓患者喪失的運(yùn)動(dòng)功能的系統(tǒng)鋪平道路,。在這項(xiàng)進(jìn)展之前，這種類型的工作主要是在猴子身上進(jìn)行的,。在最近的一例這種研究中,，研究人員使這類裝置的運(yùn)動(dòng)速度與當(dāng)前的裝置相比有了很大提高，從而使得研制可在臨床上使用的腦機(jī)器接口的前景更加樂觀,。
在上世紀(jì)70年代風(fēng)靡歐美的科幻電視劇《無敵金剛》（又譯《六百萬美元先生》）中,，科學(xué)家利用仿生科技把一名重傷飛行員的雙腿、右手及左眼全部換上了電子零件，使其成為可以通過意念控制假肢運(yùn)動(dòng)的"無敵金剛",。
巧合的是,，美國科學(xué)家也在一名25歲高位截癱、四肢癱瘓患者的大腦內(nèi)植入一塊電子芯片,，從此后者只需通過意念,，便可自主完成收發(fā)電郵、玩電腦游戲,、更換電視頻道等一系列以往望而卻步的動(dòng)作,，成為世界上第一個(gè)"仿生人"。
4毫米芯片植入大腦
據(jù)報(bào)道,，來自美國羅德島布朗大學(xué)的神經(jīng)動(dòng)力學(xué)專家約翰·多諾古教授歷經(jīng)多年苦心研究,，開發(fā)出了一套名為"大腦之門"的仿生系統(tǒng)。他首先將一塊4毫米見方的電子芯片植入癱瘓患者大腦運(yùn)動(dòng)皮層的中央前回處,，因?yàn)檫@里的大腦皮層為控制全身肢體的運(yùn)動(dòng)中樞,。接著，他開始訓(xùn)練患者借助意念一一完成各項(xiàng)動(dòng)作,。
"大腦之門"系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)患者開始想像自己運(yùn)動(dòng)時(shí),，芯片上總共100枚比頭發(fā)絲還細(xì)、1毫米長(zhǎng)的電子傳感器（電極）將這種大腦產(chǎn)生的脈沖信號(hào)記錄下來,，然后通過一根根細(xì)小的金線傳輸?shù)借偳对诨颊哳^皮內(nèi)的一塊一英寸大小的鈦基座上,。接著再將脈沖信號(hào)通過導(dǎo)線傳輸給體外的一臺(tái)電腦，經(jīng)過電腦程序的轉(zhuǎn)譯破解過程,，轉(zhuǎn)換成一個(gè)個(gè)電子裝置可以執(zhí)行的動(dòng)作指令,。
用意念收郵件玩游戲
從2004年起，多諾古教授領(lǐng)導(dǎo)的科研小組陸續(xù)針對(duì)4名癱瘓患者進(jìn)行了"大腦之門"系統(tǒng)植入試驗(yàn),。第一名試驗(yàn)對(duì)象是現(xiàn)年25歲的美國馬薩諸塞州小伙馬休·納格爾,。2001年，納格爾由于脊柱被利刃切斷,，從此成了一名高位截癱患者,，身體從脖頸以下失去所有知覺，四肢無法動(dòng)彈,。2004年,，他參加了多諾古教授的試驗(yàn)，在羅得島醫(yī)院接受了芯片植入大腦的手術(shù),。
經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月的刻苦訓(xùn)練之后,，納格爾可以通過意念控制，從事一系列以前"望而卻步"的動(dòng)作,，包括移動(dòng)電腦屏幕上的一個(gè)光標(biāo),、在屏幕中央畫出一個(gè)圓形輪廓、模擬打開電子郵件、玩簡(jiǎn)單的電腦游戲,、調(diào)節(jié)電視音量,、切換電視頻道等。最后,，他甚至還學(xué)會(huì)通過意念控制開啟和關(guān)閉一只假手的手指,、控制一條機(jī)械臂抓住和移動(dòng)物體這樣的高難度動(dòng)作。
無需100%集中注意力
讓人驚訝的是,，納格爾可以一邊和別人聊著天,，一邊借助意念完成上述各種活動(dòng)。即便如此,，他移動(dòng)電腦屏幕光標(biāo)的準(zhǔn)確率竟然高達(dá)75%至85%,，換言之，納格爾在用大腦發(fā)出各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)指令時(shí),，并不需要100%集中注意力,，而這對(duì)于他的未來生活將非常重要。
然而并非所有試驗(yàn)對(duì)象都像納格爾那般幸運(yùn),。與他相比,，另一位現(xiàn)年55歲、于1999年脊柱受傷的患者則遠(yuǎn)沒有如此幸運(yùn),。后者在大腦被植入了"大腦之門"系統(tǒng)之后,，一開始也可以通過意念控制運(yùn)動(dòng)，可是僅僅11個(gè)月之后他的大腦信號(hào)便無法被電子傳感器所捕捉,。目前科學(xué)家們正在調(diào)查故障原因,。
最新公布的《自然》雜志報(bào)告稱，納格爾的成功案例預(yù)示著人類仿生學(xué)研究史上的一個(gè)里程碑式的勝利,。多諾古教授表示："這一成功預(yù)示著一個(gè)光明的前景：即未來某一天，患者可以借助一套物理神經(jīng)系統(tǒng),，利用腦電波信號(hào)刺激肢體肌肉,，恢復(fù)大腦對(duì)于肌肉的控制。"科學(xué)家們相信,，假以時(shí)日,，納格爾終將學(xué)會(huì)靈活自如地操縱輪椅和假肢等更加復(fù)雜高級(jí)的動(dòng)作。到了那時(shí),，他的生活質(zhì)量將大為改觀,。
