人類距離用生物芯片治愈癱瘓還有多遠?

　　據外媒報道，4月14日，一篇《大腦芯片植入幫助癱瘓者重新控制肢體》的報道再次引爆了“美帝帶給人類希望”的激烈討論。事實上，為什么總是美帝率先搗鼓出能引領人類科技發展的前沿技術——并不是小編要在此討論的話題。小編只是有幸在美帝與參與腦科學研究的一線專家們有過零距離接觸。鑒于此，在看到《自然》就報道發表“用計算機來攻克脊髓損傷的時代已經到來”的觀點時，難免會有所暢想，會思考“人類距離用生物芯片治愈癱瘓還有多遠”的問題。

　　那么，人類距離用生物芯片治愈癱瘓究竟還有多遠?依小編的理解，商業化(應用要能夠走出實驗室環境)恐怕至少還有幾十年的等待。至于一些狂人所幻想的將計算機芯片與人腦結合，以促成“人機合一”的cyborg(半人半機器人)，拋開法律上的倫理之爭不談，時間上至少不應該是我們這代人需要擔心的話題。

　　并非是小編要“潑冷水”，只不過就像小編在過去談及AI(人工智能)時所提到的——人類對大腦的理解還十分粗淺，即使是這次被認為是巨大突破的用芯片輔助癱患者重新控制右臂的研究，其理論方法未必就具有通用性(換一個志愿者，恐怕計算機的識別算法都要做個不大不小的修改)。

　　腦研究的局限性

　　小編前面敢提出“通用性”的質疑，是因為對當前大腦實驗研究的局限性有一定了解。眾所周知，大腦神經元之間的溝通是通過微量的電流信號進行的，正所謂“腦電波”的概念。人類對大腦的學習，就是對不同腦區的“腦電波”進行采樣和歸納，然后找出某種通用的規律來解釋對某種行為的反應——譬如，要控制右手握拳時，某個腦區或者某幾個腦區可能同時(或先后)做出反應，在同一時間內(或極短時間間隔內)產生明顯不同于一般情況下的“腦電波”信號。

　　于是，僅上面這個舉例就有了很多的可能：到底有幾個腦區會參與反應?大腦說大不大，說小不小，但如果要細分腦區，恐怕也不是簡簡單單幾個點、幾條線就劃出來了，必然要通過實際的摸索和經驗的累積。

　　那么，怎么去摸索和采集“腦電波”信號?這又涉及到信號采樣的方法，通常可分為侵入式和非侵入式兩種，前者是切開頭骨在大腦表層插根針，后者是剃光頭發在頭皮表面貼個膜，至于效果的差距，準確性絕對不是同一個層級的。于是問題又延伸開了，做一次控制右手握拳的腦區信號研究，要在大腦上插多少根針，或者說采集多少個點的信號才能保證結果最接近真實?

　　在大腦上插幾百根針來采集信號顯然是不現實的，即使做到了，對于之后進行信號處理的研究人員來說也難以入手。“腦電波”如果用圖示表達出來其實就如心電圖一樣，是一張張的波形圖。任何一個人直接看這些圖，是基本看不到任何可讀信息的。不像計算機世界里的二進制碼，經過“翻譯”，人們最后還是可以看到背后所表達的信息。至于“腦電波”，不管我們怎么“翻譯”，里面都不會隱藏著“握拳”這層含義。

　　一組腦電波信號

　　所以，做腦科學研究的團隊通常會根據過去一些研究的成果和經驗，將腦區采樣的范圍縮小到一個合理可行的區間，然后重點對這些腦區及腦區對應的行為進行更深層次的學習。

　　不同腦區所對應的不同功能

　　然而，盡管我們有八九成的把握可以說這個腦區是控制語言的，這個是控制視覺的，這個是控制說話的……但我們卻沒有百分之一百的把握證明，在閱讀時控制說話和語言的腦區完全不參與，或者只在有限程度上參與。

　　換個說法，我們今天對大腦的理解并不能保證我們就是百分之一百正確的，就像當年冥王星被認為是第九大行星一樣，經過一些時間的爭辯后，寫進教科書的內容也還是有可能被抹去的。

　　大腦如此復雜，基于我們有限的理解和有限的資源，一切有關大腦的研究項目都是非常局限性的。就以本評論中提到的控制癱瘓的右臂的例子來說，俄亥俄州立大學的腦電波采樣應該只是局限在了前人研究發現的最有可能參與控制右手操作的幾個腦區。只要電腦監測的幾個腦區做出了符合預先設定的信號反應，計算機就會做出相應處理，將信號“翻譯”為操作，控制電極刺激手部肌肉，從而實現“重生”——不能說這不對，但不能排除換一個志愿者就可能采集到不一樣信號的可能，亦或者同一個志愿者未被監測的腦區也可能在做著某種不為人知的反應——如果這種猜測屬實，顯然該實驗仍不具備通用性，仍需要更多研究來證明其理論基礎。

　　俄亥俄州立大學實驗示意圖，癱患者必須躺在實驗室里才能讓自己“重生”

　　用猴子做實驗通常有很嚴苛的要求

　　沒見過也可能聽說過，人類關于腦的研究大多是通過專業訓練的猴子來采集數據樣本的。大概有這樣一個實驗，是讓訓練過的猴子在黑底白點的屏幕上辨識雜亂白點可能組成的形狀(小編無授權，圖就不放了)，并根據看到形狀后兩個腦區的反應做進一步分析，以證明某個理論。

　　小編這里想指出的是，做這樣一個實驗，猴子需要經過3個月的專業訓練(配合了給予食物獎勵)，然后為了避免任何可能的干擾，要在全黑封閉房間內完成，屏幕上也只能是黑底和白點組成的畫面……以上只是很多嚴苛要求的其中一部分，更多就不細說了。

　　假設，屏幕白點換成紅點，甚至是多種顏色的點(色盲色弱測試的找數字，大家都做過嗎?想象一下)，這時候得到的數據基本上就有可能完全推翻完全依照實驗要求而得到的數據結論。

　　所以說，前人通過嚴苛條件得出的實驗結論，雖不能說是錯的，但卻總是不夠完美的。基于并非完全正確的理論進一步做研究，運氣不好的話恐怕還真的會以失敗告終(生物醫學工程領域的博士們應該很理解小編說的是什么，研究到一半自己都不相信自己研究結論的人可以說比比皆是)。

　　回到俄亥俄州立大學的實驗案例，小編特別想說一個問題——該實驗要求志愿者看著屏幕畫面，在腦中想象自己扭動手腕或者彎曲手指的畫面，然后根據監測的腦區的反應，將腦電波通過計算機“翻譯”成為肌肉動作(通過電極刺激肌肉完成)。這里有個疑問：正常人其實是可以做到在腦中想象扭動手腕的畫面，而不真正去扭動手腕的。這其中在腦區的反應上又有怎樣的差異呢?

　　總結

　　小編并不是在消極評論俄亥俄大學的研究突破，而是想很現實地告訴大家：別讓媒體的激動和噴子的無知給誤導了。任何科學的進步當然都是通過一點一滴的累積，如今我們對腦科學的研究也只不過是勉強走到了入門階段罷了。在局部，我們或許有了一些大的突破，但要成為一個能夠商化的解決方案則仍還有大量的工作尚待完成。至于AI或者cyborg是否會顛覆人類的假設，小編再一次強調，這不應該是我們這代人需要擔心的問題，我們對大腦的理解還遠未達到會制造恐慌的水平。

　　一些技術細節講解

　　技術細節一般是很多人不感興趣的，寫起來也難免不會枯燥，所以小編就放在了最后，給那些想看的網友進一步去了解有關的內容。

　　前面只粗略提到了腦電波的形式，卻沒有細談采集到這些信號后要怎么處理和怎么解讀。事實上，所謂的信號其實就是腦中神經元之間的電流值。在一般情況下，大腦即使沒有在負載工作(可理解為計算機CPU待機狀態)，也是會有一個電流通過的，而如果突然進入工作狀態，這個電流就會被突然放大，也就是圖1中看到的一些明顯高于平均水平的峰值(peak)。

　　數據處理人員就是要分析這些峰值。腦波有突然出現的峰值，就表明這個腦區對某個事物做出了反應。當然，有的反應只是false alarm，而有的則是實實在在需要追蹤分析的連續信號波。

　　通常情況下，實驗會監測腦區好幾個點的信號反應(也可能好幾個腦區的好幾個點)。那么分析人員就要把這些波形圖放在一起看，找到一個可以總結出來的規律。譬如，腦區A的點1、2、3總是對某個顏色的出現產生反應，而點2、3、4則可能在另一個顏色的出現產生反應，于是研究結論可能就得到：腦區A點1、2、3對應顏色1，點2、3、4對應顏色2(這個假設例子不一定成立，這里只是為了解釋一下分析工作的過程)。

　　然而，像上面假設的那種規律未必總存在，也或者點1先做出反應，間隔幾毫秒后，點2、3、4分別做出反應……等等。各種情況的出現自然增加了分析難度，尤其是加入新腦區新采樣點的數據之后，復雜程度將幾何級增長。

　　況且，腦電波不會告訴你看到的是什么顏色。可能，實驗者1看到紅色會興奮，然后腦區A的點1、2、3做出反應，而實驗者2看到黃色會興奮，然后腦區A的點1、2、3做出反應……于是，結論可能就變了，點1、2、3的peak反應或許只能證明實驗者看到了令其興奮的顏色，而不是看到了某一個顏色。

　　以上只是一些隨便編撰的例子，小編可以肯定其不正確性。這么假設主要是為了便于大家理解。大腦研究是很復雜的，前面已經反復論證了這個問題，這里就不多說明了。