论文部分内容阅读
浙江大学的研究人员完成了用猴脑控制机械手的实验。这种“脑机接口”技术发展到一定程度后,可以修复残疾人的受损功能,还能增强正常人的肌体功能。但社会对于动物实验的质疑声从未停息过。
浙江大学紫金港校区求是高等研究院实验里,5岁多的猴子先生“建辉”,头戴着一顶鲜蓝色的毛线帽,安静地呆在实验台上,准备进行一次有意思的实验。研究人员将利用它的大脑控制一只机械手进行抓、勾、握等动作实验。
猴子用意念“指挥”机械手
“建辉”正值青年时期,大约相当于人类20多岁的年纪,各项生理体征均十分良好,正是进行实验的理想状态。
2011年7月,浙江大学教授、生物医学工程专家郑筱祥的研究团队为“建辉”在脑部做了精细的神经外科手术,在它的大脑运动皮层植入了两个与200多个神经元相连接的芯片,每个芯片有96个电极。芯片的另一头连接着计算机。在“建辉”头顶的帽子里面,装着一个联系猴子脑内芯片和实验室计算机的一个信号采集设备。
实验开始时,只见“建辉”用手指,分别做出抓、勾、握、捏的动作,而在离“建辉”不远处,一只本来没有思想的机械手,好像有了心灵感应般,“建辉”做什么动作,它也做什么。
“这个过程实际上是在猴子想要做某个手部动作时大脑发出的信号,然后通过控制系统同时让机械手去完成,从而实现‘意念’控制。”郑筱祥说。这便是她和研究团队正在进行的“脑机接口”实验,即在大脑和外部设备之间建立一条非神经和肌肉的通道,用于传递信息或控制指令,从而能够让外部设备按照大脑的指令采取行动。
小白鼠为“建辉”实验打基础
郑筱祥团队进行这个项目的实验已持续6年。在实验的开始阶段,研究人员主要是利用数十只大白鼠进行有关实验,利用这些大白鼠,郑筱祥研究团队完成了大白鼠“动物机器人”和意念控制压杆喝水实验。
所谓 “动物机器人”,又称“机器人动物”或“智能动物”,即采用人工电信号刺激动物相关脑区的神经系统,以控制动物的行为。在大白鼠的“动物机器人”实验中,大白鼠在科研人员的“遥控”下,被实施向左、右、前、后、转弯等与方向相关的刺激,成功地实现了走田字格、米字格以及迷宫等复杂路线。
在大白鼠意念控制实验成功以后,郑筱祥就开始利用猴子做意念控制实验。通过反复的实验,该研究团队运用计算机信息技术,成功提取并破译了猴子大脑里,关于“抓、勾、握、捏”这4种手势的神经信号。
国内“脑机结合”并非世界前沿
郑筱祥表示,这项成果与国际“脑机接口”领域最前沿水平同步,其研究成果的特别之处在于,他们捕捉到的神经信号是更为精细的手指信号,其5个手指可以活动。该研究对目前国际上的研究起到了很好的互补作用,此外目前在国内也是最先进的。
浙江大学新闻办公室主任单泠表示,在该实验做成功以后,媒体对这个项目的关注非常强烈,但当前该项目还有许多问题需要进行深入研究,在这种情况下,外界的深度关注并不合适。
据了解,“脑机接口”研究领域起步最早的是美国。2008年,美国匹兹堡大学的科学家实现了让猴子用“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的科学家在《自然》杂志发表文章,宣布他们不仅能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。这也就是说,目前杜克大学医学中心已经在“脑机接口”的信号双向传递上取得了重要突破。
而目前浙江大学所实现的依旧是“脑机接口”信号的单向传递,这也就意味着“建辉”虽能发出指令让机械手臂抓取东西,但却感受不到机械手臂抓取东西的信号反馈。
记者了解到,目前山东科技大学等国内其他一些研究机构也还未见信号双向传递的突破。在未来一段时间,“脑机接口”技术信号的双向传递将是郑筱祥团队的一个重要研究方向。
技术受益及生命伦理的考问
现在,人类已经开始从“脑机接口”技术中获益。在世界范围内已经广泛应用的人工耳蜗和正在兴起的人工视网膜技术也属于“脑机接口”技术,它们分别在听觉和视觉功能修复上给成千上万人带来福音。
“从长远来看,该项技术在未来必然会在伦理上出现一些争议。”中国协和医科大学生命伦理学研究中心副教授张新庆说。
在美国的一些科幻电影中,好莱坞的编剧们预言,把大脑中的内容全部数字化,可以储存到一个小小的芯片上,把这个芯片植入动物或机器人的脑中,也许会制造出性能超群的生化人。到那个时候,人类的地位和尊严又能放到哪里呢?
不过单泠表示,现在讨论这个问题显然还太早,从目前的科学实验来看,目前该技术的研究在世界范围内还处于起步阶段,人类在短时间内还无法达到这样的地步,因此这样的一些担心就显得有些多余了。
对于一些人对猴子等这类实验动物健康的担心和动物伦理质疑,浙江大学求是高等研究院副教授陈卫东表示,给猴子做手术、在它们大脑中植入芯片并没破坏其大脑应有功能,不会在精神和肉体上对猴子造成太大伤害。在美国,脑袋里被植入芯片时间最长的猴子,截至2012年其被植入的时间已经长达5年,但这只猴子没出现身体和情绪上的问题,但这样的时间跨度太短,还有待观察。
“这样的实验也必须达到对生命体不伤害这一条原则,将来才能在人体上进行实验。”张新庆说,不过他也对记者强调,当前对于“脑机接口”技术的有关实验,大家也需要保持开放的心态,允许研究,也允许讨论和质疑。
浙江大学紫金港校区求是高等研究院实验里,5岁多的猴子先生“建辉”,头戴着一顶鲜蓝色的毛线帽,安静地呆在实验台上,准备进行一次有意思的实验。研究人员将利用它的大脑控制一只机械手进行抓、勾、握等动作实验。
猴子用意念“指挥”机械手
“建辉”正值青年时期,大约相当于人类20多岁的年纪,各项生理体征均十分良好,正是进行实验的理想状态。
2011年7月,浙江大学教授、生物医学工程专家郑筱祥的研究团队为“建辉”在脑部做了精细的神经外科手术,在它的大脑运动皮层植入了两个与200多个神经元相连接的芯片,每个芯片有96个电极。芯片的另一头连接着计算机。在“建辉”头顶的帽子里面,装着一个联系猴子脑内芯片和实验室计算机的一个信号采集设备。
实验开始时,只见“建辉”用手指,分别做出抓、勾、握、捏的动作,而在离“建辉”不远处,一只本来没有思想的机械手,好像有了心灵感应般,“建辉”做什么动作,它也做什么。
“这个过程实际上是在猴子想要做某个手部动作时大脑发出的信号,然后通过控制系统同时让机械手去完成,从而实现‘意念’控制。”郑筱祥说。这便是她和研究团队正在进行的“脑机接口”实验,即在大脑和外部设备之间建立一条非神经和肌肉的通道,用于传递信息或控制指令,从而能够让外部设备按照大脑的指令采取行动。
小白鼠为“建辉”实验打基础
郑筱祥团队进行这个项目的实验已持续6年。在实验的开始阶段,研究人员主要是利用数十只大白鼠进行有关实验,利用这些大白鼠,郑筱祥研究团队完成了大白鼠“动物机器人”和意念控制压杆喝水实验。
所谓 “动物机器人”,又称“机器人动物”或“智能动物”,即采用人工电信号刺激动物相关脑区的神经系统,以控制动物的行为。在大白鼠的“动物机器人”实验中,大白鼠在科研人员的“遥控”下,被实施向左、右、前、后、转弯等与方向相关的刺激,成功地实现了走田字格、米字格以及迷宫等复杂路线。
在大白鼠意念控制实验成功以后,郑筱祥就开始利用猴子做意念控制实验。通过反复的实验,该研究团队运用计算机信息技术,成功提取并破译了猴子大脑里,关于“抓、勾、握、捏”这4种手势的神经信号。
国内“脑机结合”并非世界前沿
郑筱祥表示,这项成果与国际“脑机接口”领域最前沿水平同步,其研究成果的特别之处在于,他们捕捉到的神经信号是更为精细的手指信号,其5个手指可以活动。该研究对目前国际上的研究起到了很好的互补作用,此外目前在国内也是最先进的。
浙江大学新闻办公室主任单泠表示,在该实验做成功以后,媒体对这个项目的关注非常强烈,但当前该项目还有许多问题需要进行深入研究,在这种情况下,外界的深度关注并不合适。
据了解,“脑机接口”研究领域起步最早的是美国。2008年,美国匹兹堡大学的科学家实现了让猴子用“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的科学家在《自然》杂志发表文章,宣布他们不仅能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。这也就是说,目前杜克大学医学中心已经在“脑机接口”的信号双向传递上取得了重要突破。
而目前浙江大学所实现的依旧是“脑机接口”信号的单向传递,这也就意味着“建辉”虽能发出指令让机械手臂抓取东西,但却感受不到机械手臂抓取东西的信号反馈。
记者了解到,目前山东科技大学等国内其他一些研究机构也还未见信号双向传递的突破。在未来一段时间,“脑机接口”技术信号的双向传递将是郑筱祥团队的一个重要研究方向。
技术受益及生命伦理的考问
现在,人类已经开始从“脑机接口”技术中获益。在世界范围内已经广泛应用的人工耳蜗和正在兴起的人工视网膜技术也属于“脑机接口”技术,它们分别在听觉和视觉功能修复上给成千上万人带来福音。
“从长远来看,该项技术在未来必然会在伦理上出现一些争议。”中国协和医科大学生命伦理学研究中心副教授张新庆说。
在美国的一些科幻电影中,好莱坞的编剧们预言,把大脑中的内容全部数字化,可以储存到一个小小的芯片上,把这个芯片植入动物或机器人的脑中,也许会制造出性能超群的生化人。到那个时候,人类的地位和尊严又能放到哪里呢?
不过单泠表示,现在讨论这个问题显然还太早,从目前的科学实验来看,目前该技术的研究在世界范围内还处于起步阶段,人类在短时间内还无法达到这样的地步,因此这样的一些担心就显得有些多余了。
对于一些人对猴子等这类实验动物健康的担心和动物伦理质疑,浙江大学求是高等研究院副教授陈卫东表示,给猴子做手术、在它们大脑中植入芯片并没破坏其大脑应有功能,不会在精神和肉体上对猴子造成太大伤害。在美国,脑袋里被植入芯片时间最长的猴子,截至2012年其被植入的时间已经长达5年,但这只猴子没出现身体和情绪上的问题,但这样的时间跨度太短,还有待观察。
“这样的实验也必须达到对生命体不伤害这一条原则,将来才能在人体上进行实验。”张新庆说,不过他也对记者强调,当前对于“脑机接口”技术的有关实验,大家也需要保持开放的心态,允许研究,也允许讨论和质疑。