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做一个超人,拥有超过普通人的智力或者体能,这是很多人小时候的梦想,而未来这一切并非不可能,人机接口和医疗植入装置有望让这一梦想变为现实。
试想一下:如果你只要把软件下载到你的大脑,就能学会驾驶直升机;再试想一下:如果你的眼睛可以看到几公里外黑暗中的物体,旁边还显示物体的相关数据,这些是不是很有吸引力?来自《黑客帝国》和《终结者》等影片的这些科幻场景在将来也许真的能成为现实,这要归功于医疗植入装置背后让人着迷的科学技术。
由外科医生、研究人员、工程师和计算机科学家组成的跨学科队伍正在研制复杂精密的电子元件,目的是为了能够在人体内使用,以模拟人体机能。而如今仿生技术正在造福饱受疾病或残疾折磨的人们,可能为将来盲人看得见、聋人听得到奠定基础。研究人员已在医学科学领域取得了重大突破,尽管这些进步带来的人体机能方面的改进程度还达不到普通人的视觉、听觉、思维或运动水平。同时,植入装置也正在变得性能更好、速度更快、体积更小。专家们表示,植入装置有望在五到十年内用来增强健康人的人体机能。因此,不妨关注一下医疗植入装置方面的最新研究,这样不但可以了解治疗疾病方面前所未有的潜力,还可以了解增进人类潜力的一种新方式。
黑暗中能看清
物体的仿生眼
自20世纪80年代末以来,波士顿视网膜植入计划(Boston Retinal Implant Project)一直致力于开发一种眼睛植入装置,用于治疗导致眼睛失明的两大病因:色素性视网膜炎和老年性黄斑变性。密封的钛植入物是一个可装在眼窝里的一块拥有200个通道的芯片和绕在眼睛虹膜外面的一个线圈,人体外基于计算机的无线控制器处理数据传输工作。14年来,麻省理工学院(MIT)的特邀科学家和项目成员Shawn Kelly博士一直在研究这个项目。他预计3年后可开始人体临床试验。
体内装有植入装置的病人将戴上装有摄像头的眼镜,并携带装有电池的小型袖珍电脑。电脑会读取及分析图像,然后将数据发送到植入装置,而植入装置会利用电极将电脉冲传送到视网膜神经细胞。不过,病人只能看到几百个像素,而不是视觉正常的人能看到的几百万个像素,因此他们需要接受治疗,训练大脑,学会解读点图案和颜色信息。
Kelly说:“这就像是图像的像素记分牌。”
植入装置的应用最终有没有可能不局限于矫正视力而是让人拥有超凡视力呢?Kelly推测,脑机接口领域(包括与视力有关的接口)可能会朝着增强人体机能的方向发展,但任何这方面的应用肯定都要经过一段漫长的历程。
Kelly说:“目前还不敢将植入装置安装到视力完全健康的人身上。”
但是,即使植入装置没有准备好提供仿生视觉,如果输入设备已做好了准备,那会怎样呢?如果你把用来为植入装置馈送图像的摄像头换成让用户在完全漆黑的环境中也看得见的夜视摄像头,那会怎样?
这就是第二视觉医疗产品公司(Second Sight Medical Products)的业务开发副总裁Brian Mech博士提出的假设场景,这家公司的Argus II眼睛植入装置系统目前处于临床试验阶段。
Argus II植入装置由四个部分组成:植入到眼睛中的电子元件、装在眼镜里的摄像头、视频处理器以及系在腰带上的电池组。植入物有60个电极,基本上对应于完整图像中的60个像素(请记住:一个标准的Web图像每平方英寸有72个像素)。不过若使用夜视摄像头,60个像素可能胜过灯光熄灭后,你凭肉眼能看到的画面。
第一代Argus植入装置只有16个电极,下一代产品会有240个电极,1000个电极的装置也在规划之中。
用思维控制说话
植入装置技术的核心是大脑及大脑接收和解读数据的方式。神经信号公司(Neural Signals)开发脑机接口的目的是,让罹患肌萎缩侧索硬化症(ALS)或中风等严重脑部疾病的病人能重新正常说话。最有名的例子是,神经信号公司的首席科学家兼首席执行官Philip Kennedy治好了Erik Ramsey,这个病人在1999年出过一起严重事故后,被诊断患有闭锁综合征。虽然Ramsey完全有思考和感觉能力,但根本说不了话。他唯一能主动控制肌肉的表现就是,上下滚动眼球。据发表在2008年10月刊《君子》杂志上的一篇文章声称,Kennedy使用了植入的脑机接口,让Ramsey有机会成为直接把想法变成说话的第一人。
神经信号公司研制的亲神经性电极是为了检测大脑中语言运动区域的活动,记录电气数据后,传送给电脑,然后电脑把该数据映射成英语中的39个音位(语音的最小单位),扬声器播放重新构建的声音。
Kennedy说:“我希望看到这项技术让病人重新能以近似谈话的速度来说话,能够说100个简短词语,那样这些人就能正常说话了。”
考虑到相应的人员和资金已到位,Kennedy预计十年内会看到脑机接口用于增强人体机能的一幕。他表示,面临的挑战是如何以一种不会让大脑受不了的方式访问大脑。他解释,像《黑客帝国》中把信息直接下载到大脑中不仅概念上不切实际,而是也不具备可操作性。
Kennedy提醒:“大脑不会收到下载信息后就立即记住信息。还需要一段时间来分析数据。”
越来越小的大脑植入装置
大脑植入装置在设计上面临一些挑战。比如,这些装置相对较厚,大脑适应它们有些难度。另一方面,它们用过大的触点连起来,因而减少了可以植入的电极的数量。Brian Litt博士是宾夕法尼亚大学生物工程和神经病学的副教授,正在研制既可以减小大脑植入装置尺寸,又能增强效果的方法。他与伊利诺依斯大学的John Rogers合作,把有源电子器件放置到柔性橡胶片和塑料片上。Litt表示,电流直接被引到了脑部组织附近的设备上,还被引到放大器和电路等设计元件上。
与此同时,Litt还与马萨诸塞州塔夫茨大学的David Kaplan和Fio Omenetto合作,把植入设备放置到可溶性丝线上,这种薄薄的柔性材料在生物特性上比橡胶或塑料更能与大脑相容。Litt表示,这项技术将允许装入含有成百上千个触点的植入装置,而不像今天最多只能有上百个触点。他希望,丝线植入装置可在一两年后用于人体试验。
至于这项技术在帮助癫痫病人方面具有的前景,Litt说:“只要我们能够把很难治愈的不受控制的癫痫的发作率从35%降低到31%,就值得为此投入毕生精力。”
Litt自己不研究仿生学在增强人体机能方面的工作,不过他推测,自己的研究也许可以应用于增强人体机能。他说:“只要迈出很小的一步,我的研究成果就有望用来增强大脑智力水平。”
增强人体机能的隐忧
政府资助的试验和商业实验室眼下没有致力于改善人体机能,一方面是由于这项技术还没有完全成熟,另一方面是因为医疗行业受到严格管制。研究人员能否获得资金、能否得到食品和药物管理局的批准,全取决于他们研发的医疗设备的用途、安全性和效果如何。他们并不急于研究如何让普通人做过手术后比网球手更胜一筹。
但是,独立科学家Todd Huffman说,如今正在研发的植入技术可能随后在方向上有所调整,之前主要用于弥补机体机能不足,而未来可以对那些机能已经达到平均水平或超过平均水平的人进一步增强。Huffman说:“如果你已经解决了假体研发过程所有的问题,可能会想是否是否可以再做些工作来提供一些超正常的能力。”
Huffman在植入装置方面的想法来自切身体验。几年前,他在自己的左手无名指中植入了一块稀土磁铁,以此试验人体机能的改进。现在,Huffman觉得外界的有源电子设备会引起他的无名指颤动。他拿起吹风机后,会感觉到从吹风机传过来的电流。他设想一种类似的植入装置有望用做手机静音模式,会震动,让你知道有电话打来。
Huffman的试验引发了一些担忧,早期采用者应该认真考虑。你如何正确地利用技术来增强人体机能?你会不会很难适应并融入外界?你如何看待目前的能力,愿意为了增强人体机能而冒怎样的风险?Huffman把磁铁植入到左手无名指,以防备万一失败需要截掉后不会带来太多不便。
Huffman说:“考虑增强人体机能技术的人中很多人其实没有认真考虑与此相关的风险。只有你去增强人体机能了,才真正明白成本/效益分析是什么。”
神经信号公司的Kennedy欢迎人们使用植入装置来增强人体机能,只要这些技术是人人都可以使用的。Kennedy说:“如果某人的大脑拥有无限制的记忆力和数据容量,以及超出所有常人的计算能力,他肯定是个能量超凡的人。”
管理机构已经表明了立场:它们在提防借助技术增强人体机能(名为“技术迷恋”)。安有两条假肢的南非短跑运动员Oscar Pistorius准备参加2008年北京奥运会时,曾引发了争议。国际田径联合会(IAAF)最初认定Pistorius没有资格参赛,这是由于该组织担心假肢会让他拥有对其他参赛选手来说不公平的优势。这个决定后来被推翻了,但Pistorius跑得不够快,最终未能入选南非国家队。人们预计在2012年伦敦奥运会上,他还会再一次尝试。
来自宾夕法尼亚大学课堂讲台上的Litt博士对于植入装置持比较乐观的看法。Litt博士在教脑机接口课程,他曾在课堂上进行了使用医疗设备来增强人体机能是否合乎伦理道德方面的讨论。课堂上的学生们踊跃发言,在伦理道德观念上分为两派。一派学生认为,2分钟里面就能跑完1英里太棒了。另一派学生指出了人种改良带来的种种不利影响,坚持认为通过技术打造超人是不道德的。但是,有个学生的观点引起了Litt博士的注意,他指出双方达成共识对人类来说很重要。
试想一下:如果你只要把软件下载到你的大脑,就能学会驾驶直升机;再试想一下:如果你的眼睛可以看到几公里外黑暗中的物体,旁边还显示物体的相关数据,这些是不是很有吸引力?来自《黑客帝国》和《终结者》等影片的这些科幻场景在将来也许真的能成为现实,这要归功于医疗植入装置背后让人着迷的科学技术。
由外科医生、研究人员、工程师和计算机科学家组成的跨学科队伍正在研制复杂精密的电子元件,目的是为了能够在人体内使用,以模拟人体机能。而如今仿生技术正在造福饱受疾病或残疾折磨的人们,可能为将来盲人看得见、聋人听得到奠定基础。研究人员已在医学科学领域取得了重大突破,尽管这些进步带来的人体机能方面的改进程度还达不到普通人的视觉、听觉、思维或运动水平。同时,植入装置也正在变得性能更好、速度更快、体积更小。专家们表示,植入装置有望在五到十年内用来增强健康人的人体机能。因此,不妨关注一下医疗植入装置方面的最新研究,这样不但可以了解治疗疾病方面前所未有的潜力,还可以了解增进人类潜力的一种新方式。
黑暗中能看清
物体的仿生眼
自20世纪80年代末以来,波士顿视网膜植入计划(Boston Retinal Implant Project)一直致力于开发一种眼睛植入装置,用于治疗导致眼睛失明的两大病因:色素性视网膜炎和老年性黄斑变性。密封的钛植入物是一个可装在眼窝里的一块拥有200个通道的芯片和绕在眼睛虹膜外面的一个线圈,人体外基于计算机的无线控制器处理数据传输工作。14年来,麻省理工学院(MIT)的特邀科学家和项目成员Shawn Kelly博士一直在研究这个项目。他预计3年后可开始人体临床试验。
体内装有植入装置的病人将戴上装有摄像头的眼镜,并携带装有电池的小型袖珍电脑。电脑会读取及分析图像,然后将数据发送到植入装置,而植入装置会利用电极将电脉冲传送到视网膜神经细胞。不过,病人只能看到几百个像素,而不是视觉正常的人能看到的几百万个像素,因此他们需要接受治疗,训练大脑,学会解读点图案和颜色信息。
Kelly说:“这就像是图像的像素记分牌。”
植入装置的应用最终有没有可能不局限于矫正视力而是让人拥有超凡视力呢?Kelly推测,脑机接口领域(包括与视力有关的接口)可能会朝着增强人体机能的方向发展,但任何这方面的应用肯定都要经过一段漫长的历程。
Kelly说:“目前还不敢将植入装置安装到视力完全健康的人身上。”
但是,即使植入装置没有准备好提供仿生视觉,如果输入设备已做好了准备,那会怎样呢?如果你把用来为植入装置馈送图像的摄像头换成让用户在完全漆黑的环境中也看得见的夜视摄像头,那会怎样?
这就是第二视觉医疗产品公司(Second Sight Medical Products)的业务开发副总裁Brian Mech博士提出的假设场景,这家公司的Argus II眼睛植入装置系统目前处于临床试验阶段。
Argus II植入装置由四个部分组成:植入到眼睛中的电子元件、装在眼镜里的摄像头、视频处理器以及系在腰带上的电池组。植入物有60个电极,基本上对应于完整图像中的60个像素(请记住:一个标准的Web图像每平方英寸有72个像素)。不过若使用夜视摄像头,60个像素可能胜过灯光熄灭后,你凭肉眼能看到的画面。
第一代Argus植入装置只有16个电极,下一代产品会有240个电极,1000个电极的装置也在规划之中。
用思维控制说话
植入装置技术的核心是大脑及大脑接收和解读数据的方式。神经信号公司(Neural Signals)开发脑机接口的目的是,让罹患肌萎缩侧索硬化症(ALS)或中风等严重脑部疾病的病人能重新正常说话。最有名的例子是,神经信号公司的首席科学家兼首席执行官Philip Kennedy治好了Erik Ramsey,这个病人在1999年出过一起严重事故后,被诊断患有闭锁综合征。虽然Ramsey完全有思考和感觉能力,但根本说不了话。他唯一能主动控制肌肉的表现就是,上下滚动眼球。据发表在2008年10月刊《君子》杂志上的一篇文章声称,Kennedy使用了植入的脑机接口,让Ramsey有机会成为直接把想法变成说话的第一人。
神经信号公司研制的亲神经性电极是为了检测大脑中语言运动区域的活动,记录电气数据后,传送给电脑,然后电脑把该数据映射成英语中的39个音位(语音的最小单位),扬声器播放重新构建的声音。
Kennedy说:“我希望看到这项技术让病人重新能以近似谈话的速度来说话,能够说100个简短词语,那样这些人就能正常说话了。”
考虑到相应的人员和资金已到位,Kennedy预计十年内会看到脑机接口用于增强人体机能的一幕。他表示,面临的挑战是如何以一种不会让大脑受不了的方式访问大脑。他解释,像《黑客帝国》中把信息直接下载到大脑中不仅概念上不切实际,而是也不具备可操作性。
Kennedy提醒:“大脑不会收到下载信息后就立即记住信息。还需要一段时间来分析数据。”
越来越小的大脑植入装置
大脑植入装置在设计上面临一些挑战。比如,这些装置相对较厚,大脑适应它们有些难度。另一方面,它们用过大的触点连起来,因而减少了可以植入的电极的数量。Brian Litt博士是宾夕法尼亚大学生物工程和神经病学的副教授,正在研制既可以减小大脑植入装置尺寸,又能增强效果的方法。他与伊利诺依斯大学的John Rogers合作,把有源电子器件放置到柔性橡胶片和塑料片上。Litt表示,电流直接被引到了脑部组织附近的设备上,还被引到放大器和电路等设计元件上。
与此同时,Litt还与马萨诸塞州塔夫茨大学的David Kaplan和Fio Omenetto合作,把植入设备放置到可溶性丝线上,这种薄薄的柔性材料在生物特性上比橡胶或塑料更能与大脑相容。Litt表示,这项技术将允许装入含有成百上千个触点的植入装置,而不像今天最多只能有上百个触点。他希望,丝线植入装置可在一两年后用于人体试验。
至于这项技术在帮助癫痫病人方面具有的前景,Litt说:“只要我们能够把很难治愈的不受控制的癫痫的发作率从35%降低到31%,就值得为此投入毕生精力。”
Litt自己不研究仿生学在增强人体机能方面的工作,不过他推测,自己的研究也许可以应用于增强人体机能。他说:“只要迈出很小的一步,我的研究成果就有望用来增强大脑智力水平。”
增强人体机能的隐忧
政府资助的试验和商业实验室眼下没有致力于改善人体机能,一方面是由于这项技术还没有完全成熟,另一方面是因为医疗行业受到严格管制。研究人员能否获得资金、能否得到食品和药物管理局的批准,全取决于他们研发的医疗设备的用途、安全性和效果如何。他们并不急于研究如何让普通人做过手术后比网球手更胜一筹。
但是,独立科学家Todd Huffman说,如今正在研发的植入技术可能随后在方向上有所调整,之前主要用于弥补机体机能不足,而未来可以对那些机能已经达到平均水平或超过平均水平的人进一步增强。Huffman说:“如果你已经解决了假体研发过程所有的问题,可能会想是否是否可以再做些工作来提供一些超正常的能力。”
Huffman在植入装置方面的想法来自切身体验。几年前,他在自己的左手无名指中植入了一块稀土磁铁,以此试验人体机能的改进。现在,Huffman觉得外界的有源电子设备会引起他的无名指颤动。他拿起吹风机后,会感觉到从吹风机传过来的电流。他设想一种类似的植入装置有望用做手机静音模式,会震动,让你知道有电话打来。
Huffman的试验引发了一些担忧,早期采用者应该认真考虑。你如何正确地利用技术来增强人体机能?你会不会很难适应并融入外界?你如何看待目前的能力,愿意为了增强人体机能而冒怎样的风险?Huffman把磁铁植入到左手无名指,以防备万一失败需要截掉后不会带来太多不便。
Huffman说:“考虑增强人体机能技术的人中很多人其实没有认真考虑与此相关的风险。只有你去增强人体机能了,才真正明白成本/效益分析是什么。”
神经信号公司的Kennedy欢迎人们使用植入装置来增强人体机能,只要这些技术是人人都可以使用的。Kennedy说:“如果某人的大脑拥有无限制的记忆力和数据容量,以及超出所有常人的计算能力,他肯定是个能量超凡的人。”
管理机构已经表明了立场:它们在提防借助技术增强人体机能(名为“技术迷恋”)。安有两条假肢的南非短跑运动员Oscar Pistorius准备参加2008年北京奥运会时,曾引发了争议。国际田径联合会(IAAF)最初认定Pistorius没有资格参赛,这是由于该组织担心假肢会让他拥有对其他参赛选手来说不公平的优势。这个决定后来被推翻了,但Pistorius跑得不够快,最终未能入选南非国家队。人们预计在2012年伦敦奥运会上,他还会再一次尝试。
来自宾夕法尼亚大学课堂讲台上的Litt博士对于植入装置持比较乐观的看法。Litt博士在教脑机接口课程,他曾在课堂上进行了使用医疗设备来增强人体机能是否合乎伦理道德方面的讨论。课堂上的学生们踊跃发言,在伦理道德观念上分为两派。一派学生认为,2分钟里面就能跑完1英里太棒了。另一派学生指出了人种改良带来的种种不利影响,坚持认为通过技术打造超人是不道德的。但是,有个学生的观点引起了Litt博士的注意,他指出双方达成共识对人类来说很重要。