跟神經(jīng)元say Hi

劉楠

研究人員所做的只是用科技的方式給神經(jīng)元打了個電話

“這個裝置已經(jīng)正式啟動了，你能感覺出來嗎？能聽到嗎？”像在沉寂的黑暗中看到光芒一樣，在一陣嗶嗶聲中，Sarah隱隱約約聽到了護士小姐的說話聲。先是一陣不相信的緊張，繼而是聽到聲音的滿足，她一邊使勁點頭，一邊哽咽地喊著“yes，yes”，終于喜極而泣。

這是以色列Rainbow公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Efraim Cohen Arazis在2015騰訊WE大會上播放的一段視頻。Sarah原本聽不到外界的聲音，但她幸運地成為第一批人工耳蝸植入者。她植入的人工耳蝸是由澳大利亞的一家公司發(fā)明的，可以幫助人類收集聲音并轉(zhuǎn)變成神經(jīng)信號，經(jīng)相關神經(jīng)傳遞到大腦，最后識別為聲音。

這個人工內(nèi)置設備將改變這個姑娘以后的人生際遇，而研究人員所做的只是用科技的方式給神經(jīng)元“打了個電話”。

隨著技術的進步，很多在十幾年前聽起來天方夜譚的事情正在發(fā)生，如基因排序、人工智能、生物材料、3D打印等等。在2015年11月8日騰訊舉辦的主題為“向未來 共生長”的WE大會中，以色列Rainbow公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Efraim Cohen Arazis以其盲人祖母和視網(wǎng)膜退化的母親的案例道出，利用科技、軟件和神經(jīng)元的結(jié)合來尋找新一代醫(yī)療解決方案也是重要的研究方向。

目前，與視網(wǎng)膜退化有關的疾病在全球的發(fā)病率越來越高。僅在美國，就有175萬人飽受年齡相關性黃斑變性視網(wǎng)膜退化癥（AMD）的困擾，而且新患病人數(shù)以年均20萬人次的速度增加。而人工視網(wǎng)膜可以讓視網(wǎng)膜致盲患者重見光明。

一些由政府（美國、德國、澳大利亞、日本和韓國）以及私人資本資助的項目，已經(jīng)能夠利用人工視網(wǎng)膜讓患者重見光明。目前的解決辦法是，經(jīng)過全身麻醉和六小時不間斷的手術，為患者植入一個連接眼睛內(nèi)部多部件的硬件。換句話說，就是為患者植入一個人工設備，連接患者的眼睛和大腦。除此之外，患者必須佩戴一個特殊的眼鏡，這個眼鏡裝有一個微型攝像機、一個發(fā)射器、一個視頻處理器和一套為系統(tǒng)充電的電池?；颊咧荒芸吹秸懊?，如果想看到兩邊和四周，必須調(diào)轉(zhuǎn)頭部的方向才能實現(xiàn)。系統(tǒng)只能提供60像素的光感，這個概念就是說，患者可以區(qū)分出黑白深淺，也能識別出物體的存在，但是對于細節(jié)卻遠遠看不清楚。相比之下，Nano Retina公司研發(fā)的人工虹膜做了更多優(yōu)化。

Nano Retina是由Zyvex實驗室與Rainbow聯(lián)合投資的一個項目，由美國、歐洲和以色列的專家聯(lián)合研發(fā)。其主要產(chǎn)品是一片極其微小、易于植入的人造視網(wǎng)膜，被稱之為人工虹膜，能夠為視網(wǎng)膜致盲患者修復視力。

視網(wǎng)膜致盲的主要原因是眼睛的光感受器退化，阻礙大腦接受眼睛的信號從而導致失明，而人工虹膜實際上就是取代了眼睛的光感受器。人工虹膜由納米電極、電路、光感受器和紅外線輻射接受回路組成，緊靠視網(wǎng)膜植入，其電極與眼睛的兩級神經(jīng)元相連。在接收到視覺系統(tǒng)生成的圖像信號之后，人工虹膜便將其轉(zhuǎn)變成電子信號，從而刺激神經(jīng)元產(chǎn)生神經(jīng)信號，通過其他神經(jīng)通路經(jīng)由神經(jīng)節(jié)傳遞至大腦，從而識別視覺信息，恢復患者的視力。

人工虹膜通過微創(chuàng)手術配合局部麻醉植入眼睛，整個過程不超過30分鐘。而且，人工虹膜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輕巧，能與眼睛的其他生理功能協(xié)調(diào)作業(yè)，包括瞳孔擴張和眼球運動等，患者能夠從一邊看向像另一邊而無需轉(zhuǎn)頭。第一代人工虹膜有500像素，第二代達到2000像素，相比較其他人工視網(wǎng)膜的60像素，已經(jīng)有很大改善。成功植入后，患者也需要戴一副裝有迷你激光發(fā)射器的眼鏡，通過無線紅外線為人工虹膜充電，但眼鏡的復雜程度已經(jīng)大大簡化。所以，人工虹膜的優(yōu)勢顯而易見。

目前，人工虹膜是第一個可以與神經(jīng)元直接成功溝通的微電極陣列，比其他人工視網(wǎng)膜的耗電量低100倍，并且實現(xiàn)了用高級方式將人工視網(wǎng)膜經(jīng)久持續(xù)密封的效果。相關科技和醫(yī)療領域的專家都認為，人工虹膜的臨床目標是可以實現(xiàn)的。人工虹膜將在2016年進入臨床試驗階段，目標價格為60000美元，預計市場化之后將達到十億美元的市場價值。

Nano Retina是一種平臺技術，它由可以與人體神經(jīng)元直接溝通的微電極陣列組成，可將外界的信號轉(zhuǎn)變成神經(jīng)語言。當前，也可以在其他疾病的醫(yī)療解決方案中使用相似的平臺技術，實現(xiàn)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)交及外圍神經(jīng)的交互溝通。

人的身體是一個巨大、復雜且神奇的電化機器。未來，可以在人體內(nèi)植入可以從外界收集信息的傳感器、人工刺激裝置和治療設備，以及藥物傳輸泵。這三種設備之間可以互通，形成閉環(huán)。如果傳感器發(fā)現(xiàn)人體有問題，就會激活刺激裝置，來解決相應的問題；如果傳感器發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)某種物質(zhì)缺失，就會激活藥物傳輸泵，自動釋放出適當劑量的藥物以穩(wěn)定人體功能。如果這些都可以實現(xiàn)的話，那么以后就不會出現(xiàn)急性病發(fā)作和大型危機，患者本人也不會有什么感覺。

除此之外，對于癲癇、癱瘓及帕金森綜合癥（老年癡呆癥）等，也可以采用這種“與神經(jīng)元溝通”的方式尋找解決方案。

過去，人們只能通過藥物來控制癲癇發(fā)作的患者；現(xiàn)在，市場上已經(jīng)有一些神經(jīng)刺激裝置，但需要患者自察自知，自己開啟這種裝置來控制病情；而未來，可能會出現(xiàn)可以自動激活的傳感器而無需患者干預，以達到在發(fā)病之前阻斷疾病的效果?，F(xiàn)在有一些針對癱瘓患者的護理機械，幫助他們站立，幫助他們在同樣的高度進行一些活動；而未來，可能會出現(xiàn)能夠恢復某些區(qū)域連接的神經(jīng)元和刺激裝置，讓患者恢復肌肉運動能力。

目前，Rainbow正在研發(fā)一種可以植入大腦的裝置，以阻止帕金森綜合癥的進一步惡化。但是未來發(fā)展的關鍵在于要找到記憶是否能夠儲存，這樣才能替換或修復記憶，或者繞過因老年癡呆癥壞死的區(qū)域找到新的記憶通道而重新實現(xiàn)大腦認知功能。

對于未來的可植入設備，還有很多問題待解。比如，要理解大腦結(jié)構(gòu)和細胞類型，理解神經(jīng)語言，找出數(shù)據(jù)是如何存儲和恢復，要從根源上找出是什么原因?qū)е缕鞴俪鰡栴}。Efraim表示：“對于植入式醫(yī)療設備而言，非常關鍵一點是要有外部設備做正確的診斷和生理特征數(shù)據(jù)分析，這樣植入式設備才知道怎么去治療。”