大腦芯片課件

大腦芯片大腦芯片：大腦芯片，是指在生物大腦皮層中植入電子芯片，通過(guò)芯片接收信號(hào)，將大腦信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠被計(jì)算機(jī)所了解和破譯的編碼，以達(dá)到影響或控制其行為的目的。世界上已經(jīng)有多例將芯片成功導(dǎo)入大腦并實(shí)現(xiàn)信息交互的案例。美科學(xué)家研究將芯片植入大腦治愈老年癡呆。在實(shí)驗(yàn)中，電極通過(guò)受損大腦的組織傳遞電流脈沖，神經(jīng)工程學(xué)專(zhuān)家特德伯杰認(rèn)為，這種芯片與大腦細(xì)胞交流的能力只是他邁出的第一步，他的最終目標(biāo)是研制出可植入大腦的機(jī)器，這種機(jī)器“通曉”大腦的“語(yǔ)言”，能夠幫助那些腦損傷的患者恢復(fù)記憶甚至是制造出新的記憶。如果伯杰的研究成功，那么治療老年癡呆癥會(huì)像給電腦硬件升級(jí)那么簡(jiǎn)單。病人不再需要服藥，只需動(dòng)一個(gè)外科手術(shù)，將一些人工制作的“大腦細(xì)胞”(即計(jì)算機(jī)芯片)植入大腦，問(wèn)題就解決了。美國(guó)布朗大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家約翰多諾霍（John

Donoghue）曾領(lǐng)導(dǎo)過(guò)用思維控制光標(biāo)的實(shí)驗(yàn)，他和他的同事測(cè)試了兩個(gè)患有閉鎖綜合癥病人的思維。每個(gè)病人在其運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)都被注入了嬰兒服用的阿司匹林藥片大小的一排電極。這個(gè)電極系被稱(chēng)為“大腦之門(mén)”。芯片放置在大腦皮層的第一運(yùn)動(dòng)區(qū)，這是控制自主運(yùn)動(dòng)的主要區(qū)域。一股13厘米長(zhǎng)的電線(xiàn)把芯片與一個(gè)鈦制基座相連，基座固定在患者頭骨上。芯片記錄的信號(hào)通過(guò)基座傳輸給外部的設(shè)備，經(jīng)過(guò)放大和解碼，最終變成指令。一個(gè)確切的活動(dòng)指令能告訴機(jī)械手臂向左或向右移動(dòng)，另一個(gè)則控制向上或向下。校正裝置、適應(yīng)病人的大腦大概需要半個(gè)小時(shí)，病人并沒(méi)有事先經(jīng)受練習(xí)使用機(jī)械手臂的訓(xùn)練。未來(lái)的大腦芯片現(xiàn)階段的大腦芯片功能還不完善，在“大腦之門(mén)”技術(shù)方面，思想和機(jī)器的聯(lián)系是單向的，使用者可以告訴電腦怎么做，但是電腦不能向使用者發(fā)出信息，且需要外接提供能量。未來(lái)的大腦芯片應(yīng)該是模仿大腦細(xì)胞制作的，連接大腦神經(jīng)元，直接通過(guò)大腦提供能源。并且是一種雙向芯片，像真正的大腦細(xì)胞那樣既能生產(chǎn)信號(hào)也能接收信號(hào)。模擬大腦功能以及模仿大腦內(nèi)部語(yǔ)言——例如情感和記憶的交流的難點(diǎn)在于大腦細(xì)胞是通過(guò)一系列電流密碼交流。芯片系統(tǒng)運(yùn)行的能量來(lái)源芯片系統(tǒng)的電源總要有,而且必須方便。比如用人體的體溫轉(zhuǎn)化成電能，或者使用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,然后體外接入。正常情況下,

葡萄糖代謝是大腦能量的主要來(lái)源,

但定量描述大腦內(nèi)糖類(lèi)物質(zhì)與神經(jīng)傳遞動(dòng)力學(xué)參數(shù)的研究方法是該領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。此類(lèi)方法是神經(jīng)科學(xué)研究中的一種強(qiáng)有力的工具,

可定量地獲得大腦能量代謝和神經(jīng)傳遞動(dòng)力學(xué)信息,

研究困擾人類(lèi)已久的神經(jīng)性疾病和精神性疾病的分子生化機(jī)制,

從而促進(jìn)對(duì)大腦奧秘的揭示,

同時(shí)為腦疾病的準(zhǔn)確預(yù)警、早檢、診斷和有效的藥物研發(fā)、預(yù)防及治療提供有效的策略。芯片系統(tǒng)植入大腦后的

安全問(wèn)題芯片在傳入后不能產(chǎn)生排斥.不然危及生命.

首先，科學(xué)家、醫(yī)生和工程師需要想出更安全、更可靠的辦法來(lái)將電極植入人的大腦。目前來(lái)看，唯一的選擇便是在顱骨上出小孔，將鉛筆芯一樣細(xì)長(zhǎng)的電極插進(jìn)去，讓它們進(jìn)入大腦深處的目的地。這有可能造成感染，因?yàn)殡娋€(xiàn)是通過(guò)皮膚伸進(jìn)去的；也有可能造成腦內(nèi)出血，帶來(lái)破壞性的、甚至是致命的后果。芯片在傳入后不能產(chǎn)生排斥.不然危及生命.

首先，科學(xué)家、醫(yī)生和工程師需要想出更安全、更可靠的辦法來(lái)將電極植入人的大腦。目前來(lái)看，唯一的選擇便是在顱骨上出小孔，將鉛筆芯一樣細(xì)長(zhǎng)的電極插進(jìn)去，讓它們進(jìn)入大腦深處的目的地。這有可能造成感染，因?yàn)殡娋€(xiàn)是通過(guò)皮膚伸進(jìn)去的；也有可能造成腦內(nèi)出血，帶來(lái)破壞性的、甚至是致命的后果。一部分是生物學(xué)問(wèn)題：植入設(shè)備必須無(wú)毒并具有生物相容性，不至于引起免疫反應(yīng)。它還必須足夠小，能完全封閉在顱骨以?xún)?nèi)；能效要足夠高，以便能在夜間通過(guò)放置在頭皮上的感應(yīng)線(xiàn)圈充電，就像現(xiàn)在一些電動(dòng)牙刷用的充電站一樣。

事實(shí)上我們目前并不知道人腦是怎樣完成一些最基本任務(wù)的，比如把接網(wǎng)球的模糊愿意轉(zhuǎn)化成嚴(yán)格編排的指令洪流，進(jìn)而一氣呵成地執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作。沒(méi)有哪個(gè)嚴(yán)肅的神