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脑科学技术现状概况

来源:未知 编辑:admin 2020-07-11 13:03 浏览次数:
作为我们整个身体的控制中心,大脑决定着身体的各个方面以及我们的智力。从简单的移动肢体到复杂的思维并定义我们的个性,数百万个导电神经元充当微观信使,在身体周围发送指令。但是,如果科学能够劫持这些消息并开始发送自己的消息呢?
 
从理论上讲,通过重定向一些电信号并通过技术发送它们,科学家们可以利用脑力来控制机器。通过创建脑机接口(BCO),已经实现了这种入侵大脑的技术。BCI通常分为三类,它促进了大脑与机器之间的通信。
 
创建BCI的第一种方法涉及使用侵入性措施。这是将电极通过外科手术植入大脑皮层中的位置,然后监视大脑中数十亿个神经元的活动-精确到860亿左右。
 
然后,收集的电气数据可以通过传感器传输,并通过链接的机器触发响应。但是,这种方法很危险,并且可能会产生一些副作用。
 
抛开高科技头饰的手术刀已经使波浪成为一种机械地解释大脑信号的非侵入性方式。被称为脑电图以绘制大脑活动的图,将光头帽戴在头上,头上散布着电极。每个人都监视大脑神经元之间电压的变化。然而;使用脑电图具有一定的难度。与更具侵入性的措施不同,脑电图必须在颅骨下方拾取信号,这可能会充当电屏障。EEP几乎就像透过毛玻璃查看时一样,可以看到另一面,但是图像不够清晰,无法准确地分辨出图像是什么。这就是大多数EEG正在运行的方式-它们能够区分大脑活动和神经元兴奋的位置,但是很难完全解释它。
 
在侵入性和非侵入性方法之间妥协的同时,半侵入性方法也被用于对抗脊髓损伤患者的麻痹作用。被称为脑电描记术(ECoG)的电极网格放置在大脑表面的颅骨下方,患者头部外部连接。这使科学家可以直接与电极网格连接,并依靠实时提供的神经学信息。
 
以这种方式劫持大脑以创建这些脑机接口并不是一个新概念,自1970年代以来在加利福尼亚大学一直在发展。早期使用这项新兴技术的尝试集中在其医疗功能上,尤其是神经假体的创造。在这项技术的构想期间(乃至至今),假肢完全无法复制失去或瘫痪的肢体的能力受到限制。但是,请想象是否有一种方法可以替换或修复大脑与身体受损部位之间的连接。这是神经修复术可以通过BCI彻底改变康复的地方。作为医学工程的一个分支,它还处于起步阶段,如今的技术已经看到了一些首创的神经假体投入使用。使用植入的电极,科学家已经能够收集与身体特定动作(例如举起手臂)相关的神经活动。这些收集的信息是神经之间的电发射方式,向大脑和从大脑发送信号。使用BCI,然后将这些模式解码并转换为电信号,以命令人工肢体。如果患者缺少肢体,则BCI只需完成从大脑到现在机械肢体的通信即可。
 
类似的方法可以应用于肢体瘫痪的人。作为绕大脑与身体之间的生物桥梁而开发的神经旁路技术,目前正在研究中,它通过电缆将数字形式的大脑命令通过电缆发送到皮肤上的传感器。反过来,电信号到达目的地,传递信息以移动。尽管现有技术仍是原始技术,但迄今为止已取得了一些重大成果,并为神经假体和瘫痪患者的治疗提供了广阔的前景。
 
假肢的创造并非BCls可以促进医学进步的唯一途径。借助胸罩在技术上见到出色治疗效果的医学领域之一是那些患有神经系统疾病(如帕金森氏病和癫痫病)的药物。癫痫的主要症状是癫痫发作的发生。这些身体性抽搐是大脑神经自然无法控制的电活动的结果。这些年来。科学家创造了一种称为神经刺激器的装置,以充当这些不守规矩的神经元的理性声音,并防止癫痫发作的发展。
 
首先使用无创BCI帽,外部电极能够在癫痫发作之前定位神经元兴奋的位置,就像大脑GPS一样。确定最终目的地后,将采取侵入性措施将小电极放置在该部位。这些电极通过细小的导电电缆连接到小型刺激器上,该刺激器可以放置在颅骨顶部,头皮下方或向下延伸至胸部。持续监视该区域的活动,神经刺激器将检测神经元活动何时开始显示癫痫发作的迹象,并沿着电缆并通过电极向神经元传递其自身的电脉冲。因此,这调节了活动并防止了癫痫发作的发生。神经刺激器的工作方式与传统心脏起搏器类似,仅适用于大脑。
 
研究人员还创造了可穿戴设备来治疗类似的神经系统疾病,甚至试图解决肥胖症,这通常被称为电疗法药物。作为生物信使,大脑中发射的数十亿个神经元中的每一个都会向身体其余器官和组织发出指令。通过人为地刺激大脑的各个部分,可穿戴的技术开发人员(例如Modius)已经开发出了时尚的EEG头戴设备,以诱使大脑通过触摸按钮来创建指令。对于Modius头戴式耳机,电极放置在耳朵后面,并且在激活后,头戴式耳机将通过皮肤向前庭神经发出微弱的电脉冲。一旦受到人为刺激,该神经又会刺激大脑的下丘脑区域。下丘脑在人体中起多种作用,同时也会影响我们的新陈代谢速度。通过发送电子“假新闻”,Modius耳机声称可以持续刺激下丘脑,增加新陈代谢,从而减少体内脂肪。尽管BCI正在彻底改变我们了解大脑工作方式的方式,但仍在开发设备来扩展我们在多个行业的能力。在某些时候,无论是儿童还是成人,总是希望拥有我们最喜欢的超级英雄的力量。从飞行或立即隐身的能力来看,BCl正在打开一扇门来获得一种这样的力量:用我们的思想移动事物的能力。借助EEG技术,多家硅谷初创企业开始对技术远程运动的可能性有所了解。
 
 
EMOTIV是商业脑电图领域的佼佼者,这家总部位于旧金山的公司开发了可穿戴式耳机,以发挥您的智力。例如,EMOTIV的耳机只有几个传感器,要求用户首先想像要移动球。这样做时,电极会记录大脑中神经元活动的模式。使用参考图案,当再次激活相同的图案时,随附的软件将驱动远程球,使您只需考虑移动球,球就会开始滚动。现在,这个简单而有效的概念使开发更复杂的脑电驱动技术系统成为可能。
 
美国已经注意到其未来的战斗潜力。美国国防高级研究计划局已经投资了几个研究项目,这些研究项目致力于开发用于医疗用途的BCI。但是,该技术也为诸如无人机之类的受精神控制的军事装备铺平了道路。据报道,DARPA在2017年对该技术进行了测试,据报道,它使用BCI技术成功地在无人机飞行中进行了模拟-想想左边了,无人机也将效仿。在许多Kickstarter竞选活动中都可以看到这种由脑力驱动的无人机的概念,但到目前为止,这些无人机取得的成功有限。
 
社交媒体巨头Facebook也在努力利用我们的大脑进一步扩展社交媒体的能力。在线共享我们的想法和感受已迅速成为当今社交媒体驱动的社会的常态,但是如果可以在不费吹灰之力的情况下将这些想法输入并发送到我们的Facebook订阅源,该怎么办?马克·扎克伯格(Mark Zuckerberg)和他的研发团队于2017年宣布将其作为Facebook的未来目标之一,正在开发一种BCI技术,该技术使人们能够以每分钟100个字的速度打字,比传统的屏幕敲击速度快五倍。最初旨在帮助瘫痪的用户访问在线平台,其目标是使所有人都能使用该技术。
 
扎克伯格并不认为快速打字是Facebook在大脑技术上的未来-他还想在不断增长的虚拟现实世界中竞争。通过虚拟现实和增强现实进行沉浸式娱乐正迅速成为新的规范,并在今年早些时候向哈佛学生发表演讲中。扎克伯格提出了这样的想法,即他们的BCI技术有一天可以提供一种浏览社交媒体的方式。Facebook(乃至任何商业冒险进入BCI)的主要障碍之一是电子访问人脑的伦理意义。从智能手机GPS到有针对性的广告,在不断受到技术监控的世界中,BCI技术带来了对隐私的新关注。尽管神经科学家普遍认为,监视人们思想的技术遥不可及,但BCI技术的持续成功可能有一天使世界回想起《Minority Report》。
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