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哈佛大学医学院等机构研究人员实现异体操控:猴子通过脑活动控制另一猴子
来源:新华社 | 2014/2/22 1:53:38 | 浏览:1475 | 评论:0

未来,瘫痪者有望重新控制自己的身体

在实验中,一只猴子成功用其他猴子的手,上下移动光标

“阿凡达”异体操控成真

  科幻电影《阿凡达》中,人通过脑电波控制可以掌控克隆外星人“阿凡达”的躯体。美国科研人员18日报告说,他们首次在猴子身上实现了这种异体操控,这一成果有助于未来帮助瘫痪者重新控制自己的身体。

哈佛大学医学院等机构研究人员实现异体操控:猴子通过脑活动控制另一猴子
在科幻电影《阿凡达》中,人通过脑电波控制可以掌控克隆外星人“阿凡达”的躯体。

  脊髓损伤会阻碍大脑指令信息向躯体的传递,导致运动能力受损甚至瘫痪。目前许多科学家都在研究通过模拟脑电波信号对受伤脊髓进行电刺激,使伤者的躯体能重新接收运动指令。

  美国哈佛大学医学院等机构研究人员在新一期英国《自然-通讯》杂志上报告说,他们在实验中使用了两只猴子,一只作为发出指令的“主体”,另一只则是接收指令、完成动作的“阿凡达”。

  研究人员先在“主体”猴子的大脑中植入一个芯片,对多达100个神经元的电活动进行监控,记录它支配每个身体动作时的大脑神经元电活动。而猴子“阿凡达”脊髓中则植入了36个电极,并尝试刺激不同的电极组合以研究对肢体运动有何影响。

  在实验中,研究人员通过仪器将这两只猴子身上的装置相连接,并给“阿凡达”服用了镇静剂,使它的身体动作完全由“主体”的脑活动所控制。它俩的任务是协作使得电脑屏幕上的光标上下移动,操纵杆掌握在“阿凡达”手中。结果“主体”控制“阿凡达”完成这一任务的成功率高达98%。

  研究人员说,他们的终极目标是利用此项技术使瘫痪人士重获运动能力,不过上下移动光标这种简单能力还远不足以改善瘫痪患者的生活,而且猴子与人有很大的差异,将这种技术运用到人体前还需更多研究。

实验步骤

    1. 在“主体”大脑中植入一个芯片
    2. 在“阿凡达”脊髓植入36个电极
    3. 通过仪器将两只猴子身上的装置相连
    4. 给“阿凡达”服用镇静剂
    5. “主体”成功操纵“阿凡达”移动手中的操纵杆,使电脑屏幕上的光标上下移动

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  美国要打造阿凡达式机器人

  2012年,美国国防部曾透露了代号为“阿凡达”的计划,五角大楼投入700万美元,旨在开发通过意念遥控的机器人。这些被意念遥控的机器人足以成为士兵的完美替身,有望在未来代替士兵征战沙场。

  这也是很多科学家目前最热衷研究的领域,即通过大脑指令操纵强大的机器,将大脑智慧和机器合二为一。

  2008年美国匹兹堡大学的科学家宣布实现了让猴子用“意念”控制机械手臂的运动。2011年10月,美国杜克大学医学中心宣布他们不仅能够让猴子用意念移动虚拟手掌,还能感受虚拟手掌触摸物体的触觉信号。2012年,浙江大学团队宣布可以通过猴子的“意念”,控制机械手实现抓、勾、握、捏四种不同的手部动作。

  日法科学家打造脑控机器人

  2013年,日本和法国的科学家对外展示了利用思想控制技术完成的高科技成果,操作者可以用大脑意念控制机器人的行动。

  实验中,操作者需要戴上一顶装有多个传感器的特殊帽子,然后将操作者的想法传送给计算机,计算机将这些想法用软件翻译成数字指令传送给机器人,从而控制机器人进行简单的活动。比如走路、在几个不同形状与颜色饮料瓶变换位置后选出既定目标,看上去就像电影里的阿凡达。

科学家确认对社交记忆至关重要的人脑区域

哈佛大学医学院等机构研究人员实现异体操控:猴子通过脑活动控制另一猴子

日前,来自哥伦比亚大学医学中心(CUMC)的科学家们在《自然》(Nature)杂志上报告称,他们确定了海马的一个小区域 CA2 对于社交记忆至关重要。社交记忆就是指动物识别同物种其他动物的能力。更好地理解 CA2 的功能可能有助于了解以及治疗以社会行为改变为特征的疾病,如自闭症、精神分裂症和双相情感障碍等。

长期以来,研究人员认为,海马在我们记忆日常生活中某人、某事、某地和某个时间的能力中起至关重要的作用。近期的一些研究表明,海马的不同亚区具有不同的功能。例如,齿状回在区分相似环境中发挥重要功能,而 CA3 使得我们能够记起来自不完整线索的记忆。 CA1 区对于所有形式的记忆形成均至关重要。

论文资深作者 Steven Siegelbaum 博士表示:“然而对于夹在海马 CA3 和 CA1 之间的相对小的区域: CA2 的作用却很大程度上不是很了解。”一些研究表明, CA2 有可能参与了社交记忆,因为这一区域的加压素受体呈高水平表达。加压素是一种与性动机、亲密关系形成和其他社会行为有关的激素。

为了更多地了解海马的这一区域,研究人员构建出了一种在成体动物中选择性抑制 CA2 神经元的转基因小鼠。在神经元受到抑制后,研究人员对小鼠进行了一系列的行为测试。论文的第一作者 Frederick Hitti 说:“在我们检测社交记忆之前小鼠看起来非常正常。通常,小鼠天生会对从未接触过的小鼠感到好奇;相比于熟悉的小鼠,它们会花更多时间来调查不熟悉的小鼠。然而,在我们的实验中 CA2 区域失活的小鼠对于新接触的小鼠和从前遇到过的小鼠不显示偏向性,表明缺乏社交记忆。”

在两项独立的新物体识别测试中, CA2 缺陷小鼠对于它们从前未遇到过的物体显示正常偏好,表明小鼠并没有对新奇事物完全丧失兴趣。在另一项实验中,研究人员测试了动物不能形成社交记忆是否可能与嗅觉缺陷相关,后者对于正常社会互作至关重要。然而,小鼠显示没有丧失区分社会和非社会气味的能力。

对于神经科学来说,Henry Molaison(病人 HM)所捐献出来的大脑毫无疑问为帮助我们理解记忆作出了最大贡献——他在 1953 年接受治疗癫痫的脑叶切除手术后,便失去了短时记忆,对眼前任何事情的记忆都只能持续几分钟甚至更短的时间,是最配合的研究对象。他的案例极好地证实了海马对于社交记忆的重要性。科学家们观察发现在啮齿类动物和人类中海马局限性病变会损害社交记忆。

Siegelbaum 表示:“由于几种神经精神障碍都与社会行为改变相关,我们的研究结果提出了一种可能: CA2 功能障碍有可能促成了这些行为改变。”发现在精神分裂症、双相情感障碍个体中 CA1 抑制性神经元数量减少,以及在自闭症中加压素信号发生改变支持了这种可能性。因此, CA2 有可能为治疗社会障碍疾病提供了一个新的治疗靶点。

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