大腦植入物：醫(yī)療新前沿

李偉

大腦植入物成為醫(yī)療新前沿

埃隆·馬斯克創(chuàng)建的腦機交互技術(shù)公司“神經(jīng)連接”近日宣布，該公司的人類大腦植入物試驗已獲美國食品和藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)。馬斯克曾表示，開發(fā)大腦植入物的目的，是使人腦能夠直接與計算機交流。根據(jù)他的設(shè)想，“神經(jīng)連接”公司將嘗試使用大腦植入物來恢復(fù)某些患者的視覺和行動能力。此前，“神經(jīng)連接”公司已利用多種動物對大腦植入物技術(shù)進行了試驗。根據(jù)該公司的演示，硬幣大小的植入物被植入猴子的腦中。這些猴子能夠在植入物的操控下進行簡單的視頻游戲，或在屏幕上移動光標(biāo)。

據(jù)美國《連線》雜志報道，大腦植入物已成為醫(yī)療領(lǐng)域新的前沿技術(shù)，在生理和心理治療方面應(yīng)用前景廣闊。

重見光明

失去視力的患者有望利用大腦植入物重見光明。總部位于美國加州的“第二視覺”公司，擁有視網(wǎng)膜植入手術(shù)的醫(yī)療許可。該手術(shù)旨在幫助因一種罕見的遺傳性疾病——色素性視網(wǎng)膜炎而失明的患者?！暗诙曈X”公司開發(fā)出名為阿戈斯的仿生眼：把電極植入患者的視網(wǎng)膜。色素性視網(wǎng)膜炎使感光細胞死亡，導(dǎo)致視力下降。一種被稱為神經(jīng)節(jié)的視覺細胞能直接與大腦進行交流，患者眼部的這些細胞仍然是完好的。仿生眼正是利用這些特殊的細胞，通過視網(wǎng)膜植入物刺激它們，從而沿著視覺神經(jīng)將信息傳遞到大腦。

“神經(jīng)連接”公司在猴子腦中植入設(shè)備

開發(fā)仿生眼的除了“第二視覺”公司，還有法國“皮可斯視覺”公司和德國“視網(wǎng)膜植入”公司。然而，仿生眼只能用于色素性視網(wǎng)膜炎患者。而在眾多失明或視力受損的患者中，色素性視網(wǎng)膜炎患者只占很少一部分。因此，從視網(wǎng)膜植入物到大腦植入物的技術(shù)升級是必然的。

“第二視覺”公司正在開發(fā)一種大腦植入物療法。其整套設(shè)備名為“獵戶座”（Orion），旨在為那些因多種原因失明的人提供人工視力，包括青光眼、糖尿病引發(fā)的視網(wǎng)膜病變、視神經(jīng)損傷等。如果這種療法能夠起到效果，并且被證明是安全的，那么它將幫助許多盲人重見光明。

“獵戶座”看起來就像一副太陽鏡，附帶一個小攝像頭和無線視頻處理單元（VPU）。其在大腦中植入的部分是一塊如郵票大小的芯片，包含60個電極。它工作的位置在大腦處理視覺信息的皮層。當(dāng)設(shè)備開啟時，攝像頭能捕捉并記錄周圍的環(huán)境。無線視頻處理單元用一種算法將圖像轉(zhuǎn)換成電脈沖。電脈沖被傳輸?shù)酱竽X中的電極上，電極再把電脈沖轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的視覺信號。

大腦植入物技術(shù)讓“獵戶座”有別于阿戈斯以及市場上其他的仿生眼，它繞過了眼睛和視覺神經(jīng)。加州大學(xué)洛杉磯分校羅納德·里根醫(yī)療中心的神經(jīng)外科醫(yī)生納德·波拉提安指出：“根據(jù)我們的測試，這套系統(tǒng)甚至不需要眼睛的參與就能工作?！弊鳛榧又荽髮W(xué)洛杉磯分校這項試驗的主要研究者，他正在為4名患者測試這種設(shè)備。

“獵戶座”在應(yīng)用上受到一定的限制：它只對那些天生視力正常，后來因故失去視力的人有幫助。對于先天失明的人來說，大腦中負責(zé)視覺的部分沒有完全發(fā)育，視覺信息不能有效傳遞到大腦，所以“獵戶座”難以發(fā)揮作用。

“第二視覺”公司正在等待FDA批準(zhǔn)“獵戶座”的市場化應(yīng)用。不過，不是所有患者都愿意接受腦部手術(shù)。另外，該設(shè)備的價格將非常昂貴。像阿戈斯這種視網(wǎng)膜植入物，其成本要15萬美元?！矮C戶座”上市后的價格可想而知。

將腦中所想轉(zhuǎn)換為語音

“漸凍癥”是一種破壞性神經(jīng)退行性疾病，目前尚無根治的方法?；颊邥?jīng)歷由運動神經(jīng)元退化導(dǎo)致的身體肌肉萎縮，大多數(shù)患者最終會死于呼吸衰竭。然而，患者的感覺神經(jīng)和自主神經(jīng)系統(tǒng)一般不受影響。這就意味著，大多數(shù)患者的聽覺、視覺等是正常的，只是無法通過任何方式表達他們的需求和愿望。

據(jù)研究人員介紹，一種新型大腦植入物將為這類患者帶來福音，能使其恢復(fù)與家人和醫(yī)生交流的能力?？茖W(xué)家計劃將兩枚微芯片植入患者的大腦，患者通過意識就能表達出單詞，乃至完整的句子。

植入物可以感知大腦的活動，并將其轉(zhuǎn)換為“是/否”的信號輸入電腦。這個過程表現(xiàn)為患者通過腦波選擇特定的字母，然后組成單詞在電腦上呈現(xiàn)出來。整個過程非常緩慢，每分鐘只能“寫”出一個字母，但足以讓患者實現(xiàn)與周圍人的簡單交流。

瑞士Wyss生物和神經(jīng)工程中心的神經(jīng)醫(yī)學(xué)家喬納斯·齊默爾曼表示：“這種裝置售價較高，且需要投入大量時間進行操作。護理人員必須接受專業(yè)培訓(xùn)，從而能運用該系統(tǒng)并準(zhǔn)確判斷患者的反應(yīng)?！?p>

ABILITY能將腦中所想轉(zhuǎn)換為語音

Wyss生物和神經(jīng)工程中心正在研發(fā)一種新型大腦植入物，它能降低感染風(fēng)險，且易于安裝和控制。這種名為ABILITY的無線設(shè)備，可以將患者所想的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為語音。相對于前一代產(chǎn)品，它的發(fā)展是革命性的，可以幫助患者實現(xiàn)迅捷、順暢的交流。

整理思緒，改善心理

美國的兩個科研團隊正在進行針對大腦植入物的試驗。他們研發(fā)的大腦植入物利用算法探測與情緒障礙相關(guān)的干預(yù)治療模式，通過電擊大腦中的某些部位改善目標(biāo)人物的心理健康。

南加州大學(xué)電氣工程師奧米德與加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)科學(xué)家愛德華，共同展示了心情是如何被“編碼”的。研究人員對6名大腦中植入電極的癲癇患者進行了研究，在1—3周的時間里詳細追蹤了他們的腦部活動和心情的變化。通過比對，研究人員創(chuàng)建了一種算法，“解碼”目標(biāo)人物不斷變化的心情。

馬薩諸塞州綜合醫(yī)院的科研團隊，也在研究大腦植入物在心理治療方面的作用。除了不良情緒和精神疾病，他們還研究了注意力、同理心等與大腦活動的關(guān)系。研究人員開發(fā)出一種大腦植入物和配套的軟件。當(dāng)目標(biāo)人物從設(shè)定的任務(wù)（比如匹配數(shù)字圖像或者辨識面部表情）中分心時，植入物可以刺激其大腦，從而整理其思緒。研究人員發(fā)現(xiàn)，向大腦中涉及決策和情緒的區(qū)域釋放電脈沖，可顯著改善測試參與者的表現(xiàn)。這種軟件能夠呈現(xiàn)某個人因健忘或分心而在特定任務(wù)中表現(xiàn)不佳時的大腦活動。通過大腦植入物進行刺激，能夠改進其表現(xiàn)。

編輯：姚志剛? winter-yao@163.com