2018年的腦科學要研究什么

劉霞

人腦可謂人體最復雜、最神秘的器官，無數科學家殫精竭慮，也不過才揭開其奧秘的冰山一角。

21世紀是腦科學時代。為了進一步了解大腦，監測大腦活動的研究進行得如火如荼，已在學術界和商業界掀起一股淘金熱。《科學美國人》雜志在報道中指出，2018年，科學家將繼續在腦科學領域深耕，該領域最值得期待的三大技術當屬神經塵埃、大腦打字以及迷你大腦。

神經塵埃：神經元和外部數字世界的“橋梁”

2016年1月，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）宣布，投資6500萬美元開展“神經工程系統設計”（NESD）項目，旨在研發一種能在大腦與數字世界之間實現精準通信的植入式系統。這種接口可將大腦神經元的電化學信號轉化成信息技術語言的0和1。該研究有望增進科學家們對視覺、聽覺、語言神經基礎的理解，并最終為神經缺陷患者帶來新的療法。

該計劃的第一步是監測神經元的電化學信號。DARPA表示，如果一次可以監測100萬神經元的電化學信號，就足夠了。為此，美國布朗大學的科學家正在研制包含有電極的鹽粒大小的“神經顆粒”（neurograin），以探測神經元的放電等，所有這些都通過無線電頻率天線進行。

而加州大學伯克利分校工程與計算機科學教授米歇爾·馬哈比斯研制的“神經塵埃”（neural dust）已能做到這一點。2016年，他和同事們在一項針對大鼠的研究報告中說，這些微小的無線設備可監測神經元的“一舉一動”。團隊的主要科學家都加入了埃隆·馬斯克的初創公司“神經鏈接”（Neuralink），該公司是與日俱增的腦科學初創企業中的翹楚。

現在，馬哈比斯團隊正努力讓“神經塵埃”接收外部信號，并使神經元能以特定方式放電。馬哈比斯說，這種“神經塵埃將是有史以來研制的最小刺激器”。

最終，科學家們希望能通過這項設備獲得神經代碼，比如讓這些設備傳輸癱瘓病人行走所需的準確代碼，他們也在破譯理解口語的神經代碼。盡管上述研究可能會引發一些倫理問題，但專家表示，這樣的問題在神經科技領域并不鮮見。

大腦打字：將思想轉化為文本

馬斯克當然不會是唯一一個對人類大腦感興趣的億萬富翁。臉書（Facebook）公司也正在全速推進其“沉默的演講”計劃。

該項目負責人、神經科學家馬克·謝夫勒特說，很少有人在工作中使用語音助手，因為人們不喜歡在別人面前大聲說出他們想要發表的內容。但如果你能直接從大腦打字，你就可以快速地將思想轉化為文本，而不需要說出來。而且，早期測試告訴我們，這不只是科幻小說中出現的情節。謝夫勒特說：“那里（大腦）有信號，你可以利用它。”

Facebook高級技術中心已經運行“思想驅動打字”項目兩年。2016年，謝夫勒特離開約翰·霍普金斯大學加入該團隊。2018年，該項目有望實現每分鐘打100字的速度，將思想轉化為文本，比現在的腦機接口快20倍。據悉，目前能實現的“意念打字”紀錄是每分鐘8個詞，并且需要使用植入電極。

謝夫勒特表示，為了達成目標，他的團隊將雙管齊下，一隊致力于開發可以讀出高質量神經數據的非侵入技術；另一隊致力于大腦科學，尤其是更好地掌握語言和表達機制。

人腦類器官：慢慢撕去“迷你”標簽

5年前，奧地利科學家發現了用干細胞培育人腦組織的方法，人腦類器官自此取得驚人進展。現在，有很多科學家正在利用人類干細胞創造三維類器官，這些類器官可以發育成功能神經元、大腦皮質，以及其他模擬全尺寸器官的結構。

制造大腦類器官的技術發展得非常快，就在2017年12月，研究人員僅花費數周而非數月，啟動這一過程，創建出了大腦類器官。我們有理由期望2018年獲得更接近現實的突破。

大腦類器官對于研究大腦和腦部疾病非常重要。比如，那些源自遺傳性精神障礙（如精神分裂癥）患者的干細胞制成的大腦類器官，將有望揭示這些患者的大腦發育到底出了什么問題。

盡管如此，科學家指出，真正值得我們期待的是以下兩大技術進步。一是給類器官供血，據悉哈佛大學的喬治·切奇已經做到了這一點，只是沒有公開發表研究成果。“血管化”可使大腦類器官的直徑由目前的四分之一英寸變大一點，或許可以讓其擺脫“迷你”標簽，成為一個真正成熟的實驗室培育大腦。二是賦予大腦類器官一種感官輸入（或許可通過視網膜），有傳言說有一個實驗室已經成功了。從理論上來說，這可能讓這些小小的大腦類器官擁有體驗。

腦科學作為新的科技“邊疆”，其進展不僅關乎人類的健康和福祉，也關乎未來的生產力，有望深刻改變社會。2018年或許是見證奇跡的時刻。

（本文轉自《科技日報》）