即使是在高科技的加利福尼亚,这名男子在加州大学洛杉矶分校闲逛也是一种奇特的景象。

他的动作捕捉服、嵌入传感器的手套和虚拟现实眼镜已经足够吸引眼球了。但让人们停下脚步,目不转睛地盯着他看的是一个奇怪的头饰,它通过一个嵌入圆形电极连接器的泳帽状装置紧紧地绑在他的头上。几根有弹性的电线从头盔上冒了出来——照片上是一个连接着警笛的便携式硬盘驱动器——然后消失在一个背包里。半机械人看起来在科幻未来主义和硬件狂人之间摇摆不定。

来看看Mo-DBRS,一种可以从根本上改变我们解码人类大脑的方法。

整个平台是一种技术嵌合体同步大脑记录,生物标记,动作捕捉,眼球追踪,还有基于“增大化现实”技术/虚拟现实视觉效果。大多数处理组件都被塞进了背包里,这样佩戴者就不会被拴在一台固定电话电脑上。相反,他们可以自由地四处走动和探索——无论是在现实世界中还是在虚拟现实中——这是用核磁共振这样的大脑扫描技术通常不可能实现的。

运动对大脑扫描来说可能是微不足道的,但它却是游戏规则的改变者。我们宝贵的许多神经能力——记忆、决策——都是在我们探索周围世界的过程中磨练出来的。Mo-DBRS为人们在自然环境下了解这些大脑过程提供了一个窗口,在这个窗口中,人们不会被告知在一个巨大磁铁在他们头上发出咔哒咔哒声时要保持静止。尽管它的外观与众不同,Mo-DBRS打开了一扇门,可以在接近真实世界的环境中分析人类的大脑信号,同时也有能力通过在平板电脑上点击几下就可以无线改变这些大脑信号。

所有支持Mo-DBRS的定制软件都是开源的,因此神经科学家可以立即使用该平台并为其做出贡献。然而,由于这种装置需要志愿者将电极植入大脑,目前只在一小部分已经植入了神经设备的癫痫患者身上进行测试,以帮助诊断和预防癫痫发作。

发表神经元上周,神经科学社区在推特上做出了一致的回应:“哇!”“了不起的工作,”写了迈克尔·奥肯医生,美国帕金森基金会。“非常令人印象深刻的设置”,在推特上克劳斯·格兰曼博士是Technische Universität Berlin的一名移动脑体成像研究员。

“从研究生院开始就梦想有一天能够记录人类在自然体验中的空间导航和学习/记忆过程中的大脑深处区域(如海马体),”在推特上加州大学洛杉矶分校的首席作者南西亚·苏萨纳博士。“我的实验室团队已经实现了这个梦想!”

那又怎样?

Mo-DBRS不像Neuralink的大脑植入物。这也仅限于那些大脑中已经有电极的人。这有什么大不了的?

一切。那些恢复记忆、扭转瘫痪、对抗抑郁、消除恐惧、解决意识问题的科幻梦?它们都依赖于捕捉和理解人类大脑的神经代码——也就是说,电刺激如何转变为记忆、情绪和行为?自现代神经科学诞生以来,人们一直在将电极植入老鼠或其他实验动物体内来实现这一目标。

以记忆力为例,这是大脑的一种能力,它奠定了你是谁的基础。

到目前为止,记忆研究主要依赖于啮齿类动物在迷宫中四处奔跑,寻找美味的食物。粗略的翻译吗?这些实验模拟我们在停车场找到自己的汽车,并识别空间记忆背后的脑电波。通过记录老鼠的海马(一种深埋在大脑中的海马状结构)发出的信号,科学家们建立了一个关于我们记忆如何工作的框架——单一的经验如何与时间和空间联系起来,宝贵的记忆如何与我们的情绪联系起来并得到加强。

最明显的问题吗?人类不是老鼠。

对于像记忆这样亲密的大脑功能来说,要从啮齿类动物的大脑记录中推断出来是非常困难的。而传统的人类大脑成像方法,如功能性核磁共振成像(fMRI)或脑磁图描记术(MEG)当大脑记住一个地方的时候,就能画出一个静止的图像——通常在视频屏幕上播放——这个设置远非“正常”,因为人是完全静止的。

满足Mo-DBRS

Mo-DBRS的目标是满足整个大脑解码需求的“愿望清单”:在人走动的时候,通过无线方式实时读取和写入人类大脑的信息,并将神经记录与心率、呼吸和其他生物标记传感器结合起来。

灵感来自于癫痫和其他神经系统疾病患者,他们的大脑已经植入了电极,可以正常生活。研究小组写道:“有超过2000名患者患有慢性感觉和刺激设备……随着额外的侵入性治疗被证明是成功的,预计这一数字将会增加。”这些装置被植入大脑的深处——控制记忆、情绪和运动的区域。作者认为,通过精心规划,避免干扰他们的治疗,有可能利用这些神经记录直接解码现实生活中的人类大脑活动,而不是依赖啮齿动物研究或核磁共振(mri)式的静止脑成像。

Mo-DBRS的心脏大脑记录和刺激装置是一个叫做NeuroPace它通常被植入颅骨,帮助癫痫患者控制癫痫发作。把NeuroPace想象成大脑的起搏器。它既能“读取”大脑的电信号,又能“写入”大脑——利用短电脉冲来防止发作性电风暴的发生。然而,就像收音机一样,大脑的许多处理过程都依赖于特定的频率。通过避开有助于控制癫痫发作的频率,该团队能够监听并控制其他大脑过程,比如人们探索新环境时形成的电信号。植入设备的数据会被无线传输到固定在头部外部的定制“魔杖”(看起来像警笛的硬盘)上。

通过将树莓派电脑和平板电脑(都存储在背包里)连接到魔杖上,研究小组能够无线编程将神经植入物发送电脉冲到大脑。与此同时,该团队还增加了头皮脑电图(EEG),这是一种通过嵌入在帽子里的电极来测量大脑电波的技术,戴在头上的帽子就像游泳帽一样。这种技术团队从大脑内部和外部提供了大量的神经数据。

在大脑之外,研究小组进一步给志愿者们配备了一根胸带,可以感知心率、呼吸和出汗。这些生物标记可以捕捉特定记忆周围的情绪反应,这有助于更好地理解其中的机理充满情绪记忆倾向于逗留。为了同步所有的数据,研究小组在大脑记录中添加了一种人工的“标记信号”——一种看起来很奇怪的电子模式——来指示实验的开始。

整个系统重约9磅,大部分处理部件都装在背包里。该团队解释说,一种重量约为1磅的更轻版本“Mo-DBRS Lite”也准备好了,但随之而来的是同步效率降低,从大脑读取数据的延迟更高。

作为概念验证,Mo-DIBS在7名已经植入NeuroPace系统的志愿者身上进行了测试。一个人可以轻松地在房间里走来走去,看着墙上挂着的标志,同时他的眼睛、大脑活动和其他生物标记都能被顺利地跟踪。加上VR的一个组件,完全有可能重现经典的迷宫导航记忆实验——只是这一次,科学家们不是在啮齿类动物身上,而是直接从人类大脑中记录,有可能破坏这些信号,玩弄记忆。

尽管Mo-DBRS是使用NeuroPace构建的,但该平台可以与其他现有的神经植入物集成,该团队说。整个软件代码都是开源的,以便研究人员进行合作和扩展。

“有了这个平台,我们有很大的潜力开始提出我们以前在神经科学领域无法提出的问题,因为我们已经被参与者的不动所限制,”Suthana。“我们可以开始探索新的疗法,包括神经刺激和(理解)涉及到这类治疗的神经机制。”

图片来源:christitzeimaging.com/Shutterstock.com

范雪来是一位神经科学家出身的科学作家。她在不列颠哥伦比亚大学(University of British Columbia)完成了神经科学博士学位,在那里她开发了神经退化的新疗法。在研究生物大脑时,她开始对人工智能和所有生物技术着迷。毕业后,她搬到了加州大学旧金山分校,研究以血液为基础的因素,使衰老的大脑恢复活力。她是……

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