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某个早晨,你正做着指挥金刚大战哥斯拉的美梦,忽然梦境里出现了机器人管家笑容可掬的面容:“请起床吧,您该上学了｡”于是你不得不咕哝着爬起来,洗漱用餐,再急匆匆地下楼｡整个过程中,你不需要下任何命令,只要在脑子里想想,毛巾就飞到了手上,牙刷上便挤好了牙膏,梦境外真实的管家已把你心里指定的美餐端到了桌上｡这些都是科幻故事里常用的套路了,然而现在科学家们正在研制的“神经元芯片”——活脑细胞与晶体硅结合的产物,说不定会让这老套的科幻情节变成现实哦｡
生物与非生物的结合
意大利的一个科研小组正在研制一种名为“NACHIP”的神经元芯片,这块面积仅有1平方毫米大小的芯片,承载了16 384枚晶体管和成百上千个电容器,更令人惊讶的是,这块芯片上的硅电路竟然连接了人类的脑神经元细胞｡科研人员使用了一种特殊的蛋白质来连接晶体管和神经元细胞,这种蛋白质就是脑组织中的神经元胶质细胞蛋白｡它不仅将神经元与芯片黏附在一起,而且在原本界限分明的生物细胞与非生物的晶体管之间建立了实质的连接｡研究小组的一名成员说:“我们在神经元的离子通道与半导体材料之间提供了一种连接方式｡通过这种方式,神经信号能够传递到硅芯片上｡一旦信号发生传递,芯片的晶体管就可以将其记录下来,而电容器也可以令神经元受到刺激,这样它们之间就可以互相传递电子脉冲,形成双通道的交流方式｡”
在“NACHIP”之前,德国的科学家就已研制出一种可连接活的神经元的芯片,这与“NACHIP”研制者的工作,似乎都预示了生命与非生命结合的辉煌前景｡但是,为什么要让芯片向神经细胞靠拢呢?
神经细胞的工作启示
同学们都知道,人脑是由无数个神经元联系起来的庞大网络,某一个神经元接受刺激,就会转变成电信号,通过突触传递给下一个细胞,再由这个神经细胞接受信号并继续处理｡一个神经元可以把信号传给几个神经细胞,也可以同时接受几个神经细胞发送过来的信号｡如果我们拿每秒内大脑激活的联络数和同样时间内电脑执行的命令数来作比较,突触活动的数目很令人吃惊:每秒1 016次!需要100万台Intel奔腾处理器才能达到它的速度｡微电子的发展使计算机的运算速度不逊于人脑,但人脑的生物特性却令机器无法模拟｡神经细胞之间的联系是化学信号和电信号的转换和传递,神经元会分泌许多神经递质,这些递质可以把电信号转化为化学信号,通过突触和下一个神经元的受体结合,起到放大信号的作用,这样比电信号的传递效率更高,特异性更好｡单纯的晶体管传递的是电信号,现在将晶体管和神经元联系在一起,我们就能利用神经细胞的生物特性,使芯片更接近脑组织的工作特点｡虽然“NACHIP”离实际应用还有很长一段路要走,但如果解决掉一些技术问题,把这种芯片植入人的大脑,研究者就可以直接测试出神经细胞的状态,试验某些药物的作用效果,修复某些脑部损伤,治疗脑部疾病,甚至有助于制造出活的人工神经中枢——“人造大脑”｡
这样的前景肯定会令科幻爱好者们开始兴致勃勃地胡思乱想:超级生物电脑叛变､机器人起义､半人半机械的融合生物,还有《黑客帝国》里直接连接大脑的那个神经插口——这些天马行空的幻想似乎因为神经元芯片的诞生而向真实迈进了一步｡
人机结合的现在和未来
在神经元芯片诞生以前,科学家们已经在人体和芯片的结合研究上花费了十几年的时间｡1998年,英国的沃里克教授在一次实验中为自己植入芯片,成为世界上第一个植入芯片的人｡2002年,英国一个小女孩在手臂上植入了一种微芯片,这种芯片能发出清晰的信号,信号通过手机网络传给电脑,电脑上便能显示她所在的位置｡万一她被坏人绑架了,人们就可以想办法把她解救出来｡还有人在体内植入芯片进行身份识别,信息存储｡但是这些芯片和人体的结合就像佩戴隐形眼镜那样只是组织表面的结合,并没有细胞间的功能联系,更谈不上信号传递了｡这些芯片只能和体外的计算机发生联络,通过计算机识别芯片里的信息,不会影响人脑的思维意识｡而神经元芯片则不同,如果芯片和人脑的神经元连接,那么外界的刺激可以通过芯片来影响神经细胞的活动,进而影响人脑｡而人脑细胞的活动也可以通过芯片反映到电脑上,形成双向的信号传递｡
如果神经芯片成功植入人脑并发挥作用,那“心想事成”就不再只是一句祝辞了｡想打开电视?在脑子里想想,下个命令,芯片就把指令发给了电视机;觉得房间太热?转念之间,空调就会自动调温｡对咱们学生来说,还有个更棒的用途——背英语单词,没问题!只要把信息输入神经芯片,这些知识在你大脑中就“永不磨灭”了!考试岂不是小菜一碟!
不过,先不要盲目地高兴｡培养体外细胞的环境和人体的内环境是不同的,如何让神经细胞维持正常的生理功能?怎样给细胞适宜的刺激又不损伤细胞?细胞和芯片的工作如何协调?将芯片真正植入人脑工作还有很长的路要走｡而另一方面,在欣喜新技术带来的方便的同时,我们还不得不担心它的副作用——人的思维会不会被芯片控制?人若与机器融合后,如何处理社会伦理方面的问题呢?在科技飞速发展的道路上,人类将不可避免地面临着“十字路口”的困惑和展望｡
★编辑/徐柏楠
生物与非生物的结合
意大利的一个科研小组正在研制一种名为“NACHIP”的神经元芯片,这块面积仅有1平方毫米大小的芯片,承载了16 384枚晶体管和成百上千个电容器,更令人惊讶的是,这块芯片上的硅电路竟然连接了人类的脑神经元细胞｡科研人员使用了一种特殊的蛋白质来连接晶体管和神经元细胞,这种蛋白质就是脑组织中的神经元胶质细胞蛋白｡它不仅将神经元与芯片黏附在一起,而且在原本界限分明的生物细胞与非生物的晶体管之间建立了实质的连接｡研究小组的一名成员说:“我们在神经元的离子通道与半导体材料之间提供了一种连接方式｡通过这种方式,神经信号能够传递到硅芯片上｡一旦信号发生传递,芯片的晶体管就可以将其记录下来,而电容器也可以令神经元受到刺激,这样它们之间就可以互相传递电子脉冲,形成双通道的交流方式｡”
在“NACHIP”之前,德国的科学家就已研制出一种可连接活的神经元的芯片,这与“NACHIP”研制者的工作,似乎都预示了生命与非生命结合的辉煌前景｡但是,为什么要让芯片向神经细胞靠拢呢?
神经细胞的工作启示
同学们都知道,人脑是由无数个神经元联系起来的庞大网络,某一个神经元接受刺激,就会转变成电信号,通过突触传递给下一个细胞,再由这个神经细胞接受信号并继续处理｡一个神经元可以把信号传给几个神经细胞,也可以同时接受几个神经细胞发送过来的信号｡如果我们拿每秒内大脑激活的联络数和同样时间内电脑执行的命令数来作比较,突触活动的数目很令人吃惊:每秒1 016次!需要100万台Intel奔腾处理器才能达到它的速度｡微电子的发展使计算机的运算速度不逊于人脑,但人脑的生物特性却令机器无法模拟｡神经细胞之间的联系是化学信号和电信号的转换和传递,神经元会分泌许多神经递质,这些递质可以把电信号转化为化学信号,通过突触和下一个神经元的受体结合,起到放大信号的作用,这样比电信号的传递效率更高,特异性更好｡单纯的晶体管传递的是电信号,现在将晶体管和神经元联系在一起,我们就能利用神经细胞的生物特性,使芯片更接近脑组织的工作特点｡虽然“NACHIP”离实际应用还有很长一段路要走,但如果解决掉一些技术问题,把这种芯片植入人的大脑,研究者就可以直接测试出神经细胞的状态,试验某些药物的作用效果,修复某些脑部损伤,治疗脑部疾病,甚至有助于制造出活的人工神经中枢——“人造大脑”｡
这样的前景肯定会令科幻爱好者们开始兴致勃勃地胡思乱想:超级生物电脑叛变､机器人起义､半人半机械的融合生物,还有《黑客帝国》里直接连接大脑的那个神经插口——这些天马行空的幻想似乎因为神经元芯片的诞生而向真实迈进了一步｡
人机结合的现在和未来
在神经元芯片诞生以前,科学家们已经在人体和芯片的结合研究上花费了十几年的时间｡1998年,英国的沃里克教授在一次实验中为自己植入芯片,成为世界上第一个植入芯片的人｡2002年,英国一个小女孩在手臂上植入了一种微芯片,这种芯片能发出清晰的信号,信号通过手机网络传给电脑,电脑上便能显示她所在的位置｡万一她被坏人绑架了,人们就可以想办法把她解救出来｡还有人在体内植入芯片进行身份识别,信息存储｡但是这些芯片和人体的结合就像佩戴隐形眼镜那样只是组织表面的结合,并没有细胞间的功能联系,更谈不上信号传递了｡这些芯片只能和体外的计算机发生联络,通过计算机识别芯片里的信息,不会影响人脑的思维意识｡而神经元芯片则不同,如果芯片和人脑的神经元连接,那么外界的刺激可以通过芯片来影响神经细胞的活动,进而影响人脑｡而人脑细胞的活动也可以通过芯片反映到电脑上,形成双向的信号传递｡
如果神经芯片成功植入人脑并发挥作用,那“心想事成”就不再只是一句祝辞了｡想打开电视?在脑子里想想,下个命令,芯片就把指令发给了电视机;觉得房间太热?转念之间,空调就会自动调温｡对咱们学生来说,还有个更棒的用途——背英语单词,没问题!只要把信息输入神经芯片,这些知识在你大脑中就“永不磨灭”了!考试岂不是小菜一碟!
不过,先不要盲目地高兴｡培养体外细胞的环境和人体的内环境是不同的,如何让神经细胞维持正常的生理功能?怎样给细胞适宜的刺激又不损伤细胞?细胞和芯片的工作如何协调?将芯片真正植入人脑工作还有很长的路要走｡而另一方面,在欣喜新技术带来的方便的同时,我们还不得不担心它的副作用——人的思维会不会被芯片控制?人若与机器融合后,如何处理社会伦理方面的问题呢?在科技飞速发展的道路上,人类将不可避免地面临着“十字路口”的困惑和展望｡
★编辑/徐柏楠