腦中植入激發記憶晶片,科學家執行第一例人體實驗

作者 | 發布日期 2015 年 11 月 21 日 0:00 | 分類 晶片 , 醫療科技 follow us in feedly

你是否曾經想過,人若沒有了記憶,又沒有他人的幫助還能生活嗎?人類的腦袋極為脆弱,不管是腦部嚴重創傷、中風、或是阿茲海默症都有可能喪失記憶。雖然記憶的消失貌似找不回來的,但卻有一個叫做 Theodore Berger 的神經科學家,與他人持有不同的意見,極力地想透過電療的方式找出能治療記憶喪失的方法。




南加大的生物醫學工程師 Berger 在了美國國防高等研究計畫署(DARPA)的資助,正進行一項實驗:藉由模仿神經在放置長期記憶時的訊號,Berger 在實驗體的腦中植入激發記憶的這個晶片,並嘗試看看是否能喚起失去的記憶。而這項革命性的實驗目前也已經成功地將老鼠和猴子的記憶譯成記憶密碼,現在正為一名有癲癇的患者腦部做試驗,期望能讓他恢復記憶。

 

破解記憶密碼

Berger 表示,他們在做的不是要將大腦在處理記憶時的碎片拼湊起來,但至少要能模仿大腦的行為。他花了將近 35 年的時間,企圖了解大腦海馬迴區是如何將人類的短期記憶轉換成長期記憶,和這麼一個小小的區塊是怎麼能完成如此複雜的工作。他發現,記憶其實是由一些神經在發出電子脈衝時所產生的,這也表示,他們將可以將這些複雜的程序簡化成數學等式,放進電腦裡計算。

後來,又有許多科學家加入 Berger,他們組成了一個團隊,並將海馬迴區的資訊解碼,好讓記憶也能夠編算成計算機語言。在此之中,最重要的關鍵就是海馬迴區中輸入到輸出的電子訊號,Berger 說,大腦受過創傷的患者,這部份的訊號非常微弱,這也意味著若能用矽晶片重建這個訊號,就有可能讓患者恢復或是激起他的記憶。

 

搭建橋樑

然而,解析大腦記憶的密碼並不是一件非常輕鬆的工作,事實上,比想像中的還要困難許多。問題在於神經系統的運作並不是線型化的在進行,訊號非常的吵雜,還時常重疊,導致在訊號輸入時會被擠壓和過度強調,而這任何些微變動都有可能造成不同的輸出。

但有了現在電腦科技的幫助,這些問題也有可能被一一解決,Berger 運用他的數學理論設計了一個晶片,並嘗試看看大腦是否能接受這個替代品,或說是這個記憶模組。Berger 的團隊開始對老鼠進行實驗,並訓練老鼠學會操控槓桿以獲取獎賞,記錄他們將這個動作轉換成長期記憶時,輸入到輸出的電子脈衝,最後在利用紀錄好的「精隨」,設計出一個記憶晶片。

其後,他們在這隻老鼠的身體裡注射一種藥劑,能夠讓他暫時喪失被訓練過的記憶,再將這個微電極的晶片植入老鼠的海馬迴區,並用他們的記憶密碼讓輸出的地方產生脈衝。結果令人非常訝異,老鼠居然又開始會操作槓桿,讓團隊成員相當的振奮,並進而將實驗用在猴子後,也在這過程中得到相當不錯的成果。

 

人類植入晶片的首次嘗試

就在去年,Berger 領軍的團隊也小心翼翼地開始測試進行自願患者身上的活體實驗,他們招募了 12 位有癲癇的患者,因為他們早有鑲嵌在腦部的電極以追蹤他們癲癇的發作期,才能避免掉動腦部手術時的風險。Berger 也表示,若真能成功的話,這將對這些有癲癇的患者有利無害。

研究學者在這實驗中,要求自願者看一系列的照片,並要在 90 秒後重新回想那些照片,並在這些過程中記錄他們輸入到輸出的電子脈衝,最後衍生出一個專屬於人類的記憶密碼演算法,而這個演算法的準確率大約是 80 %,雖然不是完美的數字,但也是一個很好的開始。

藉由這個演算法,他們開始用接近大腦輸入的訊號值,刺激其中一個患者的輸出細胞,但團隊之一的 Dong Song 博士卻對其結果含糊帶過,僅表示這個方式是很有前瞻性的,目前還很難說。不過,這也在預料之中,因為海馬迴區不像大腦的運動皮質區一樣,有著讓人一目了然的結構,也代表著它複雜的運作方式。對此也有人對這項實驗提出一些異議,但他也不得不承認這個數據的確很讓人信服。Binger 也開心的表示,他從沒想過會將這個實驗真正的運用到人類的身上。

雖然這項實驗離成功還有很遙遠的距離,Berger 希望未來要試試在不同的情況下,這個晶片是否能幫助建立長期記憶。畢竟,這個演算法是基於特定的一項任務算出來的,那是不是也有可能我們人類的記憶密碼是無法被概括定論的?Berger 亦認為,不無這個可能性,但他仍對此保持樂觀的看法,他最終的目的,是想要帶給有腦部創傷的患者更好的生活品質。

(首圖來源:Flickr/Allan Ajifo CC BY 2.0) 

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