[生醫] 可植入人體的感應器讓駭客任務場景成真

[生醫] 可植入人體的感應器讓駭客任務場景成真

一次看完今日三篇分析>>

加州大學柏克萊分校發明可植入人體的感應器「神經塵」
神經塵(neural dust)大小如沙粒,可植入體內並連結人體與電腦,且不需靠電線或電池供電。神經塵不僅能即時讀取身體器官的資訊,甚至能應用於義肢控制、癲癇治療等。研究團隊持續縮小尺寸,期待能植入大腦與中樞神經系統。Link

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可植入體內且不需靠電線或電池供電的感應器「神經塵」。圖片來源:UC Berkeley

陳誌睿:

在電影《駭客任務》裡,電腦母體營造出如烏托邦般美好的生活。主角 Neo 後腦杓插上一條電線,人腦與電腦母體就能溝通。而人類體驗的一切景致、感受和想法,都由母體幻化大腦中各種電流訊號而來。同時母體將人類大腦的生物電,作為存續能源。

這一切看似科幻,卻逐漸在科學上印證其可行性。這領域被稱為腦機介面(brain-computer interface)。

腦機介面發展難題

神經外科醫師把電極植入人體,偵測大腦神經元的電訊號,甚至發送電訊號刺激神經元以產生幻知覺的研究,已有 18 年歷史。但腦機介面技術的應用一直不普及,原因有二:

首先,過大的電極晶片植入腦、周邊神經元或肌肉纖維中,會損害組織。晶片接收到的資訊來源也會變得混淆不全。

其次,電極晶片需外接電線傳遞資訊。但電線的牽引不但會導致電極位置偏移,傷害到神經元;電極偏移也會讓接收到的資訊來源不正確。另外,想在大腦牽引電線,得在顱骨挖洞才行。但傷口持續外曝也會大幅增加感染機率。

而加州大學柏克萊分校研究學者自 2013 年起,發表了一整套解決方案。首先,他們將電極尺寸縮小到塵埃般的尺寸。並改以壓電晶體感應神經元、肌肉纖維電訊號,減少對組織的傷害。更重要的是,他們利用體外超音波的震動來供電,根絕了以電線連接植入電極的種種缺點。

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神經塵的超聲波系統可讀取身體器官的量測數據。圖片來源:UC Berkeley

目前該團隊正致力將「神經塵」晶片縮小到 50 微米(編按:1 百萬分之一公尺)立方,約人類頭髮厚度的一半。如此一來,神經外科醫師便可藉由微創手術,將神經塵放至大腦不同位置。而且晶片並可運作超過 10 年。這將改寫腦神經科學。研究者能隨時監控大腦神經元的活動,或者設定不同的放電模式,控制大腦的幻知覺。

神經塵將造福五大類病患

由於初期這類技術仍需進行腦部手術,風險較高,因此臨床應用會以失智、帕金森氏症、截肢/癱瘓、中風患者,以及全盲患者五大類疾病為主。

1. 失智症

大腦內的海馬迴(Hippocampus)負責短期記憶,失智症患者初期也從海馬迴開始損傷。因此若醫生能在發病初期,藉由神經塵讀取大腦記憶模組,甚至搭配放電治療,即可刺激病人海馬迴的記憶與固化功能,減緩失智症狀。

2. 帕金森氏症

帕金森氏症治療方式之一是深腦刺激(deep brain stimulation),即我先前提及的「插入電極板 → 接線路通電 → 電刺激」作法。醫生放電刺激大腦特定區域(視丘下核)治療帕金森氏症。神經塵是腦內嵌體,不需要外接線路供電;醫生將神經塵植入腦袋後,就能關起傷口。這將延長帕金森氏症患者的壽命。

3. 截肢與癱瘓

人控制肢體動作,是靠大腦的電訊號藉由腦髓傳遞到身體四肢。而截肢與癱瘓的病人很可能在此路徑上受到損傷。因此若是截肢病人,如果其腦髓完好,那麼就能將神經塵植入腦隨。若是癱瘓病人,很大機率是脊隨受損,那麼就必須將神經塵放入大腦。

植入的神經塵將負責接收大腦運動神經元或腦隨上的電訊號,並控制外部機器肢體(義肢)。如此一來,癱瘓截肢病人就有機會行動。

4. 中風患者

中風患者需藉由持續性的動作復健,刺激運動神經元增生,才能回復身體活動能力。急性、嚴重的中風患者,若能接受神經塵的刺激,正確而有效地促使神經元增生,將是患者的福音。因此我也考慮將這技術引入我的公司「龍骨王」的居家復健應用。

5. 全盲患者

全盲患者可能是眼球或視神經損傷。因此醫生可藉由神經塵來測試視神經,或是促使視覺皮質區產生腦內影像。

神經塵可望為臨床醫療開啟全新扉頁。但潘朵拉的盒子,除了盛裝食物之外,也帶來許多風險。

未來當神經塵的技術更為成熟,受植入者也將增加,神經塵的應用將逾越神的範疇。例如,人類獨一無二的靈性是否能被創造,甚至是捏造?人類很可能創造出人工大腦,並找出最完美的腦部放電組合。屆時,我們需要有更成熟的科學以及法規,避免人們沉溺於科技,而導致災難性的滅亡。


 

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