扎克伯格与马斯克都在研究什么？给大脑开外挂！
造就2018-04-18 12:43
一种针对个人大脑活动量身定制的算法表明，它可以通过电击提升记忆力。
屏幕上的图形只出现了一小会儿，只够这位受试者勉强记住。与此同时，一个电信号从她头骨周围穿过，向下途径一层温暖的大脑灰质，传递到大脑中心附近的一系列电极之上。它们以一种精心控制的脉冲模式，不断发出电击。图形从屏幕上消失了，一分钟后它重新出现，这一次混在了其他一些抽象图形当中。患者停顿了一下，认出了原来的图形，用手指出了它。
这位患者的表现令人刮目相看，倒不是因为她能够记住之前看到的图形，而是因为她的记忆力足够强大。平均而言，在有大脑脉冲信号帮助的情况下，她和另外七名受试者在记忆测试中的表现要比没有脉冲信号时高出37%——他们也因此成为了地球上第一批通过定制神经假体来提升记忆的人类。
从技术角度来说，这里讨论的大脑增强器正式名称是“闭环海马神经假体”。之所以叫做“闭环”是因为，在患者大脑与它所连接的计算机之间，信号几乎是实时来回传递的。而叫“海马”则是因为，这些信号的起点和终点都位于受试者的海马体内部。（海马体是大脑中一个形似海马、对记忆形成至关重要的脑区。）“我们正在研究，当记忆被编码、为存储做准备时，这个脑区的神经元是如何激发的。”维克森林大学浸信会医学中心的神经科学家罗伯特·汉普森（Robert Hampson）说。他也是上述实验研究论文的第一作者，论文发表在最新一期的《神经工程学杂志》上。
通过区分那些与成功编码记忆有关的模式与不成功的模式，汉普森和同事们开发了一套系统，可以提升受试者在视觉记忆任务中的表现。“我们所能做的就是确定什么能够产生正确的模式，什么会导致错误的模式，然后使用微伏级的电刺激来增强正确的模式。通过这种方式，受试者在情景记忆测试中的记忆唤起能力得到了提升。”换句话说，他们通过个性化的电流模式来刺激患者大脑，由此增强了他们的短期记忆。
目前，他们用于验证概念的假体还置于患者头部之外，是通过电线跟大脑连接在一起的。但未来，汉普森希望外科医生能够把类似的装置完全植入头骨之内，就像神经起搏器一样。它可以增强大脑的各种功能，不仅能用于痴呆患者和脑损伤患者，也能用于健康人。
如果说，未来植入神经假体的可能性让你感到遥不可及，那么来看看汉普森已经取得的进步吧。从上世纪80年代开始，他就一直在研究海马体中的记忆形成。大约20年前，他与南加州大学的神经工程师西奥多·伯格（Theodore Berger）取得联系，后者一直在研究如何对海马体活动进行数学建模。自那以后，两人一直在合作。在早期研究中，他们通过脑组织切片证明了神经假体的潜力。2011年，他们在活鼠身上完成了实验。几年后，他们又在活猴子身上取得了成功。现在，他们终于在人类身上做到了。
“从某种意义上说，神经假体研究已经达到了巅峰。”汉普森说，“但从另一个角度看，这只是开始。人的记忆是非常复杂的过程，我们还有很多东西要学习，我们现在的理解只是皮毛而已。”
为了在人类受试者身上测试自己的系统，研究人员招募了癫痫患者；这些患者的海马体中已经植入了电极，用以监测与癫痫发作有关的脑电活动。通过借用这些诊断设备，汉普森和同事们得以记录脑电活动，并在随后激发这类活动。
研究人员并非随意电击受试者的大脑。他们先让受试者进行上述视觉记忆测试，记录下受试者海马体中的活动，然后再据此确定何时、向何区域发出刺激。这是对工作记忆的一种评估——所谓工作记忆，是对信息进行短期储存的记忆系统，比如我们会用它来记忆某个验证码，过几秒钟后就会使用。
在整个过程中，电极都在记录大脑的活动，追踪患者在答对和答错时海马体中的神经激发模式。通过这些模式，伯格和南加州大学的生物医学工程师宋东（Dong Song，音）一起创建了一个数学模型，它可以预测每个受试者在成功的记忆形成过程中，海马体神经元是如何激发的。如果你能预测这些活动，就意味着你可以刺激大脑来模拟这种记忆形成方式。
刺激患者的海马体对长期记忆也能产生类似影响。（长期记忆是指，比如你能记得离开商店时把车停在哪里。）在另一项测试中，汉普森团队先是向受试者展示了图形，30-60分钟后，再要求他们在一系列图形中找出之前看到的那张。平均而言，受试者在接受刺激后，记忆表现提高了35%。
这种效果给研究人员带来了震撼。“对于记忆提升，我们并不感到惊讶，因为我们在初期的动物研究中已经获得了成功。我们的惊讶之处在于记忆提升的幅度。”汉普森说，“患者进行实验时，我们已经可以看出，他们的表现变得更好了。但直到我们回去分析了结果之后，我们才意识到，他们有了如此大幅度的提升。”
这项研究成果也引起了其他研究人员的关注。“失去记忆和失去编码新记忆的能力是毁灭性的。我们之所以是我们，就是因为我们在一生中形成的记忆。”斯坦福大学的精神病学家、神经学家罗伯·马伦卡（Rob Malenka）表示。他本人没有参与这项研究。他说，“这种令人兴奋的神经修复方法几近科幻，它拥有巨大的潜在价值。”（此前，马伦卡对神经假体研究表达过谨慎乐观的态度，他曾在2015年指出，将这项技术从动物转化到人类身上将是“一次巨大的飞跃”。）不过，他也表示，保持清醒的头脑非常重要。“这种方法当然值得孜孜以求，但我认为，要把它变成在大规模患者群体中使用的常规方法，还需要数十年时间。”
不过，如果拥有足够的支持，那可能会更快变成现实。 Facebook正在研究脑机接口，伊隆·马斯克（Elon Musk）也在做同样的事情。伯格曾担任过一段时间的Kernel首席科学官，这是一家雄心勃勃的神经技术初创公司，由企业家布莱恩·约翰逊（Bryan Johnson）领导。“最初，我对跟Kernel合作抱有很大的期望。”伯格说，“对于这项研究的潜在价值，我们都很兴奋，而且约翰逊也愿意投钱进来。”
但随后，两人的合作终结了，就在Kernel进行首次临床试验期间。伯格拒绝透露其中的细节，只是说约翰逊——要么出于自大，要么出于无知——想要的进展太快了。（约翰逊拒绝了本文的置评请求。）
但伯格肯定约翰逊的一个地方在于，他愿意投入资金来加快神经修复术的研究。为了进行伯格和汉普森希望开展的研究，他们需要更小、更高分辨率的传感器，需要新的实验方法以及前所未有的受试者协议，而这一切都需要时间和金钱才能实现。但是，争取研究经费的难度很大，即便是向美国国防部高级研究计划局（DARPA）这样的机构争取，也是如此。伯格和汉普森的研究主要是由DARPA的“修复主动记忆”项目提供资助。
但你知道谁有钱吗？科技行业啊。所以，当我问伯格是否考虑过将来跟硅谷企业家合作时，他丝毫没有迟疑。
“当然。”他说，“我很期待。”
翻译：何无鱼
校对：其奇
编辑：汉岚
来源：WIRED
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