1976年,加州大学洛杉矶分校的雅克·维达尔(Jacques J. Vidal)提出了脑机接口技术。简单来说,脑机接口技术就是在大脑和外部机器之间构建接口和互联通路,以实现信息的直接交换。脑机接口一直颇受业界关注。
事实上,这样的技术早在1999年的经典科幻电影《黑客帝国》中就已经出现。通过在脑后插入一根线缆,人们就能够畅游计算机世界;只需一个意念人们就能改变“现实”;学习知识不再需要通过书本、视频等媒介,也不需要再花费大量时间,只需直接将知识传输到大脑当中即可。
落回到技术层面,目前的“脑机接口”主要分为植入式和非植入式两大类。植入式和非植入式两种方式都各有优劣,植入式更精确,可以编码更复杂的命令,比如三维运动,但手术创伤不可避免;非植入式电极这种头皮贴片虽然方便,无需开颅植入,但是能探测到的脑电信号范围和精确度有限。
而现在,一种新的技术,既无需植入设备,也无需贴片式的非植入设备,就可以实现对大脑的操控。这项技术来自斯坦福大学,研究人员通过一定的技术手段,使用特殊光线照射小鼠头部,开启它的“运动模式”——老忍不住想转悠。
而其原理,就是所谓的“光遗传学”,具体指将外源(并非体内自然产生的)光敏蛋白基因导入脑细胞中,让脑细胞在细胞膜结构上表达出光敏蛋白。然后,再用特定波长的光去照射这些细胞,就能控制光敏感蛋白的激活和关闭,从而激活或抑制大脑中的神经元,达到“控制脑细胞”的目的。
不过,这项技术一直有个缺陷——必须安装光学植入设备,颅骨上还要插根光纤系带。而在最新的这项研究中,研究人员发现了一种近红外光,也就是1000-1700nm的近红外二区波段,这种光能在高度散射的脑组织中,保持较高的穿透性。
同时,研究人员通过生物体内一种叫做TRPV1的蛋白质——这是一种辣椒素(产生灼烧和痛感的东西)受体,也就是一种会对热和疼痛产生反应的离子通道蛋白,也就是对热以及疼痛非常敏感。用包裹TRPV1的腺病毒转染目标神经元,也就是将DNA、RNA或蛋白质引入细胞,这赋予了小鼠在红外光谱中的视觉能力。此外,研究人员还设计了一种“传感器”分子,叫做MINDS,专门用来吸收和放大红外光。
基于此,研究人员们先是在小鼠大脑运动皮层一侧神经元中添加TRPV1通道,再注入MINDS分子,最后观察小鼠的行为。结果发现,当围栏上方1m处的红外灯被打开时,一开始只在小范围活动的小鼠,立刻开始绕圈,大幅增加活动范围。而对照组的小鼠却没有这种反应。
也就是说,近红外光对小鼠的大脑运动细胞的刺激奏效了,这或许于将被更多用于疾病,如阿尔兹海默症的治疗中,但这也为脑机接口的突破提供了现实的想像。
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