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    “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

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      Lv.8碳纳米管
      居里夫人

      文章来源于biokiwi,转载已获授权

      赛博朋克2077终于发售了!不知道点开推送的各位已经玩到没有?

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      反正我还没玩,因为要给大家写这篇推送(哭)。

      提起赛博朋克,脑海里浮现的想必是那个光怪陆离、拥有极度发达科技水平,但社会道德却又趋于崩坏的科幻世界。人造人、机械结构、人机结合……这些科技感十足的画面可能在你眼前不断闪现。

      但要是我和你说,那个时代其实不用等到2077年,你信吗?

      你不信也得信 :-)

      脑机接口远比你知道的厉害

      说到脑机接口,你可能会想到几个月前,埃隆 · 马斯克(Elon Musk)在发布会上用小猪进行演示的脑机接口技术——这可能是大多数人对脑机接口最深刻的印象。

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      但实际上,这可不是脑机接口最早的亮相。早在一百年前,脑机接口就已经走入科学家的视野里了。

      20世纪初,脑科学研究刚刚起步。1909年,德国神经科医生科比尼安·布洛德曼(Korbinian Brodmann)提出大脑皮质的 Brodmann 分区,科学家开始意识到大脑的不同区域可能会执行不同的功能——运动、视觉、感觉、情感、语言、记忆……

      1924年,一位叫做汉斯·伯格(Hans Berger)的德国精神科医生,首次实现将机器插入大脑,并记录到来自大脑的信号——脑电波

      严格意义上来说,这应该是大脑和机器的第一次结合。

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      脑电图(EEG)等等大脑成像的技术一直仍然被用于精神疾病的研究 | 图源:Wikipedia

      之后的一百年间,脑机接口的发展可谓是“百花齐放”,经过一系列的动物实验之后,科学家开始尝试把它应用到了人身上。这里我们给大家介绍几个最 Amazing 的实验,来看看脑机接口已经能做到什么程度吧。

      再说回赛博朋克,其最吸引人的地方之一,想必是即使断了胳膊断了腿,也能接上一条机械臂的设计吧?这其中最难的地方在于——怎么实现让大脑控制机械臂。而这其实在十几年前就已经实现了。

      早在2006年,研究者通过机器的植入,形成一个叫 “BrainGate” 的脑机接口系统,控制大脑中不多的上百个神经元,就能让四肢瘫痪的人能使用意念来控制电脑屏幕上的光标;或者让他开关电视,看电视换台;或者是玩简单的弹球游戏;甚至是操控一只真正的假肢,实现抓握的动作……

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      图A和图B展现了植入的芯片大小,上面小小的尖端用于监测96个神经元的电信号;图C为植入大脑的位置,大概是在控制手臂的脑区;图D为四肢瘫痪的实验者实验的场景 | 图源:Hochberg L R, et al. Nature

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      实验者用脑机接口控制蓝色的光标玩消除游戏 | Hochberg L R, et al. Nature

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      实验者用脑机接口控制假肢抓握| Hochberg L R, et al. Nature

      而几年之后,这一套 BrainGate 系统已经发展到可以控制体外的机械臂去主动抓握物品,甚至帮助四肢瘫痪患者拿取食物饮料,自己完成饮食的动作:

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      图源:Youtube-NIHNINDS

      既然可以实现用意念来操控机械臂,那么科学家就在想:中风患者四肢瘫痪,可四肢都在,那是不是可以利用脑机接口辅助他们重新站起来呢?

      早在2003年,研究者就尝试使用脑电图结合电刺激的方法,让四肢瘫痪的患者上肢运动起来,实现手的抓握能力。而后各类尝试让患者恢复行走重新获得对四肢控制的研究也相继进行,虽然可能有的还需要假肢的辅助,但最关键的问题在于——恢复大脑对身体的控制。

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      通过外接的脑电图和电刺激,实现瘫痪者对手臂的控制 | 图源:Pfurtscheller G, et al. Neuroscience letters

      如果弄清楚大脑怎么控制身体这个问题,像是阿丽塔那样,只有大脑全身机械的科幻场景就可以实现了。

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      除了运动,科学家们还关心另一个和神经相关的精密器官——眼睛

      早在1970年代,就已经有科学家尝试在盲人的大脑视觉皮层植入芯片,连接到摄像机上,进而让人产生一种光幻视(phosphenes),使盲人可以看清一些简单的模糊图像。只不过这里面的局限性在于电极的数量太少,不能刺激足够的神经元来识别图像。

      但就在前几天,有研究使用了上千个电极的芯片,植入到失明、且已经训练至具备识别英文字母能力的猕猴大脑中,再利用脑机接口让猕猴看到由光点组成的字母,猕猴一下子就认了出来,也说明了这一脑机接口的成果。

      而伴随着电极的增多,以及科学家对视觉通路认知的进一步深入,让上千万盲人复明将成为可能。

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      通过前期在计算机生出光点的训练(左边四图),让猕猴学会了字母,之后植入芯片后再通过计算机输入光点让猕猴识别(右侧两图,依次是A和L) 

      | 图源:Chen X, et al. Science

      除此之外,还有研究如何使用脑机接口进入虚拟世界游戏、或者连接不同人的大脑进行信息传递,还有人工在体外培养神经细胞来制作“神经芯片”……而前面提到的马斯克,其革新就在于将更多的电极集成到了更小的芯片上这一工程学进步,这就给脑机接口带了全新的无限可能。

      要是这些脑机接口研究能够实现,赛博朋克里机器与人体结合的场景想必也就不远了。

      人造器官可不只是机械形态

      除了大脑这个人们还无法一探究竟的器官之外,要重现赛博朋克那个科幻的世界,还需要足够的人造器官,才能实现人体的改造。

      在这个问题上,科学家的进展和思路已经超出了赛博朋克的范围——因为机械的人造器官不能满足人体的需求

      之所以不使用机械的人造器官,一方面是由于身体器官结构的复杂机制,人造的机械还远不能达到相似的水平;另一方面这些机械需要定期更换,支持的时间也有限。比如目前的人造心脏,就需要外挂一个泵,为机械心脏提供动力,实验期限也只有不到十年。

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      市场现有的临时人工心脏SynCardia示意图 | 图源:syncardia.com

      因此科学家也走出了一条一点也不“赛博朋克”的道路:3D生物打印和异种器官移植。

      3D生物打印是利用生物细胞作为材料,结合3D打印的技术,在预设好的模型下构建一个器官,再将打印好的器官进行培养。虽然类似心脏、肾脏这样的器官还未实现,但也已经可以打印出耳朵、心脏瓣膜、气管等简单器官结构。

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      利用3D生物打印产生的人造耳朵(a、b),心脏瓣膜(c)以及支气管(d) 

      | 图源:Yan Q, et al.Engineering

      钻研这一方向的科学家还有一个大胆的想法:现在是在体外打印器官再移植,那以后是不是可以手术打开患者的内脏,直接在患者身上打印呢?将细胞按照需要打印到患者身上,也许就可以避开体外培养器官的难题了。

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      从A到C展示了这种原位3D生物打印的进展:从在组织体上“打印”,再到实验动物上进行“打印”,最后到未来可以实现在手术里对着人进行“打印” | 图源:Ozbolat I T. Trends in biotechnology

      除了在体外从“0”开始培养器官,早在 3D 打印还未出现的1970年代,有些科学家就提出过一个更大胆的想法:是不是可以将猪的内脏移植给人类

      他们利用基因编辑技术,改造猪体内的基因,确保在移植时这些来自猪的器官不会产生免疫排斥炎症凝血反应。然后将这些猪的器官移植到狒狒身上,来看移植的效果如何。

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      三个主要导致异种器官移植失败的障碍 | 图源:Niu D, et al. Advanced Drug Delivery Reviews

      之所以使用猪,主要原因是其他和人接近的动物,比如黑猩猩数量稀少,甚至已经接近濒危。而猪既能保证器官和人比较像,又能有足够器官数量供给。再结合近几年愈发成熟的基因编辑技术,就可以把猪的器官改造得更适合人类。

      结果也是喜人的,在几十年的不断尝试下,移植猪的器官后,狒狒存活的天数也在不断延长,最长可以达到300天以上

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      不同时期的转基因猪心脏移植到狒狒上后的存活时间 | 图源:Cooper D K C. Xenotransplantation. Springer

      今年九月,杨璐菡团队开发的“猪3.0”,则在避免免疫排斥和炎症反应的基础上,又进一步解决了另一个可能威胁到人类的问题——内源性病毒。避免了猪体内本身就存在的病毒对人类的威胁。

      但这后面仍然存在着很多问题,比如猪的寿命远不如人,体温、各种生化代谢反应是否能和人匹配,都等待着科学家去克服。

      但是我们已经看到了人造器官新的曙光。

      结语:伦理问题与赛博朋克

      赛博朋克的世界不仅仅有人与机械的结合,科技高度发展的背后,往往暗藏着人体肆意改造导致的各种社会道德问题,其中最简单但也最复杂的便是——我们应该如何看待人类?

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      赛博朋克的科幻背后,其实往往揭示了科学发展后的社会伦理问题 | 图源:银翼杀手2049

      科幻小说家布鲁斯·斯特林曾经给赛博朋克下了一个定义:

      待人如待鼠,所有对鼠的措施都可以同等地施加给人。闭上眼拒绝思考并不能使这个惨不忍睹的画面消失。这就是赛博朋克。

      这就是现今科学家们面临的科学伦理问题:科学的边界应如何定义?难道未来的我们也会把人当实验对象来进行实验吗?

      其实刚刚我们提到的脑机接口、人造器官,本意上和赛博朋克没有任何关系,绝大多数科学家的初衷都是为了帮助患者,让患者能够恢复正常生活,才会研发这样的技术。

      但不排除有的科学技术发展到一定程度,会产生很多社会道德问题,甚至是哲学问题的思考

      比如脑机接口发展到终极水平,是不是就可以将人脑替换成芯片?或者是将意识上传成数据?我还是我吗?

      又比如器官移植,当全身的器官都是猪的,这个人还该不该吃猪肉?或者说他(它)还是一个人吗?

      “赛博朋克”的科技也许不用等到2077

      2018年底的基因编辑婴儿事件,就值得我们反思科研伦理是否跟进科学技术的问题

      而科研伦理道德,就要求我们提前思考这样的问题,给科学确定研究的边界:比如克隆羊多利的问世,克隆人的想法就已经被科学家早早否认,并扼杀在摇篮之中;体外受精和细胞培养的实现,也让科学家将人类胚胎的研究严格控制在了14天以内……

      问题不是技术如何,而在于使用它的人,要如何合理地使用技术。这就要求在这个技术日益更新的时代,相关的规定和政策能及时跟进。

      《赛博朋克2077》不跳票了,但是希望现实的赛博朋克永远跳票。

      参考资料

      • Hochberg L R, Serruya M D, Friehs G M, et al. Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia[J]. Nature, 2006, 442(7099): 164-171.

      • Thought control of robotic arms using the BrainGate system, https://www.youtube.com/watch?v=QRt8QCx3BCo

      • Pfurtscheller G, Müller G R, Pfurtscheller J, et al. ‘Thought’–control of functional electrical stimulation to restore hand grasp in a patient with tetraplegia[J]. Neuroscience letters, 2003, 351(1): 33-36.

      • Dobelle W H, Mladejovsky M G, Girvin J P. Artificial vision for the blind: electrical stimulation of visual cortex offers hope for a functional prosthesis[J]. Science, 1974, 183(4123): 440-444.

      • Chen X, Wang F, Fernandez E, et al. Shape perception via a high-channel-count neuroprosthesis in monkey visual cortex[J]. Science, 2020, 370(6521): 1191-1196.

      • Yan Q, Dong H, Su J, et al. A review of 3D printing technology for medical applications[J]. Engineering, 2018, 4(5): 729-742.

      • Ozbolat I T. Bioprinting scale-up tissue and organ constructs for transplantation[J]. Trends in biotechnology, 2015, 33(7): 395-400.

      文章来源于biokiwi,转载已获授权


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    • Lv.8碳纳米管
      牛顿
      打赏了3金币
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      Lv.8碳纳米管
      牛顿
      愿科技越来越强,望环境越来越好
    • APC科学联盟感谢打赏,,,and那必须的 [s-1]
      拉黑 1月前 电脑端回复
    • 爱天文的背包客哈哈没事的,发的真的很好
      拉黑 1月前 手机端回复
    • 回复
      Lv.7分子
      居里夫人
      2077剧情很上头,但是bug掉帧太严重了😂😂
      回复
      Lv.2顶夸克
      牛顿
      速度太快,我已跟不上节奏了,不过倒是挺欣慰和激动的 [s-1]
      回复

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