大脑芯片首次进行人类测试

医疗健康 来源:虎嗅网
2016
01/04
11:17
虎嗅网 医疗健康

每年都有数以百万计的人经历着失忆的痛苦。原因有很多:比如大量退伍军人和足球运动员的创伤性脑损伤,比如老年人的脑中风和老年痴呆症;甚至我们所有人都会经历的大脑正常老化。记忆的丧失似乎不可避免,但是一位特立独行的神经科学家正致力于电子疗法。由DARPA资助的南加州大学生物医学工程师Theodore Berger博士,正在测试一个增强记忆的植入设备,该设备能模仿形成新长时记忆时的信号处理过程。

这一革命性的植入式设备已经有助于小鼠和猴子的记忆编码(memory encoding),现在它正在人类癫痫症患者身上进行测试,这是令人非常兴奋开端,会加速记忆修复领域的快速发展。然而,为了达到这一目标,团队的首要工作是破解记忆编码。

解码记忆

一开始,Berger就知道他所面临的是个大问题。他们不追求匹配记忆处理过程中的每个细节,但至少要提出一个合适的模型。当然人们会问:你能用一台设备来模拟它吗?你能让这一设备在任意的大脑中运行吗?正是这些事情让人们认为我疯了。他们认为这太难了。Berger说,但研究是团队迈出了坚实的第一步。

海马体是深埋在大脑褶皱和沟回中的一个区域,是将短时记忆转化为长时记忆的关键部位。在海马体的中心,记忆是由特定数量的神经元在一定时间内产生的一系列电子脉冲。这点非常重要,这意味着该过程可以化简为数学方程,并形成计算框架。对于这一问题的探索,Berger并不孤独。

通过追踪动物学习时的神经元激活情况,神经科学家们开始破译海马体中支持记忆编码的信息流。这一过程的关键点是从CA3区(海马体的输入端)传输到 CA1(海马体的输出端)的强烈电子信号。记忆受损的人脑中,这一信号会受阻,因此如果能用硅芯片重新创造它,我们就能重塑(甚至增强)记忆。

缩小差距

这一大脑的记忆编码很难破解,原因在于神经网络的非线性特性:信号经常有噪音且同时在不断重叠,这就导致某些输入信号被抑制或增强。在一个有成百上千个神经元的网络中,任何微小的改变都会被放大从而导致输出的巨大变化。这就像个混沌的黑盒子。然而,在现代计算技术的帮助下, Berger认为他掌握了大概的解决方案:用其数学定理为芯片编程,然后看看大脑是否能接受该芯片作为替代物或者记忆模块。

团队首先用小鼠进行简单的任务。他们训练小鼠推两个控制杆来获得美味食物,然后记录当小鼠选择了正确的控制杆时,其海马体内从 CA3区到CA1区的一系列电子脉冲。他们详细记录了将短时记忆转化为长时记忆的信号转换方式,然后用这些信息(记忆本质是电子信号)来编程外部记忆芯片。

然后他们给小鼠注入一种能暂时阻断其形成与存储长时记忆能力的药物,使得小鼠忘记了推哪个控制杆能找到食物这件事。然后他们将微电极植入其海马体内,之后用记忆编码向 CA1区(输出端)放出脉冲。结果十分有效,通过外部记忆模块,小鼠重新获得了选择正确控制杆的能力。

受到好结果的鼓励,Berger接下来在猴子身上试验了记忆植入物,这次所关注的大脑区域叫做前额叶皮层(prefrontal cortex),该区域的功能是接收和调节由海马区编码的记忆。

将电极植入猴子的大脑中,团队给猴子看了一系列半重复图像,然后捕捉猴子认出之前看过的图像时的前额叶皮层的活动。然后,他们用大量的可卡因抑制大脑特定区域阻断猴子的记忆。然后,研究者用由记忆编码编程的电极引导大脑信号处理过程回归正轨,猴子的记忆力明显提升。一年后,团队进一步确认了他们的记忆植入物能拯救由于海马体受损而记忆缺失的猴子。

人类记忆植入物

去年,该团队开始谨慎地在人类志愿者身上测试其记忆植入物。由于大脑手术有风险,团队招募了大脑中已有用来追踪癫痫发病根源植入电极的12名癫痫患者。癫痫反复发作会慢慢损坏海马体中形成长时记忆的关键部位,因此如果植入物能起作用,对这些患者也有好处。

团队让志愿者看一系列图片,90秒之后让他们回忆之前所看到的图片。随着志愿者们不断进行训练,团队记录了CA1区和 CA3区的放电模式。利用这些数据,团队开发出一种算法(一个特殊的人类记忆编码),可以预测根据CA3区的输入,CA1区细胞的活动模式。与大脑的实际放电模式相比,该算法的预测正确率大约80%。

虽然这并不完美,但这是个很好的开始。利用这一算法,研究者开始用输入信号的类似物来刺激输出细胞。虽然助理教授宋冬承认他们已经用该方法治愈了一位女性癫痫患者,但他依旧十分谨慎,只说虽然看到了希望,但说成功还为时尚早。由于海马体不像运动皮层与身体不同部位有清晰的对应关系,其活动并不能被明显地看到,因此宋的谨慎十分必要。

很难解释为什么刺激输入端会得出可预测的结果,也很难说这样的植入物能拯救那些由于海马体输出端受损而记忆缺失的人。RIKEN脑科学研究所McHugh博士说,但数据是令人信服的。而且,Berger欣喜若狂道:我没想到这可以用于人类大脑。但工作还远未完成。未来几年内, Berger想看看芯片是否能在不同的情况下帮助重建长时记忆。毕竟目前该算法只是基于团队所记录的一种特殊情况,它对不同类型的输入是否都有效呢?Berger认为有可能且依旧充满希望,也认为他们会发现一个完美适应大多数条件的模型,毕竟大脑受限于其自身的生理结构,因此海马体中的电信号处理模式就那么多。我们的目标是提高记忆严重受损的人的生活质量,Berger说,如果我能恢复其形成长时记忆一半的能力,我会高兴得要命,大部分患者也会十分开心。

来源:虎嗅网

为你推荐

“和合共生,健康共护”四价HPV疫苗男性适应证上市暨“HPV男女共防计划”启动新闻发布会成功举办,共筑HPV预防新生态资讯

“和合共生,健康共护”四价HPV疫苗男性适应证上市暨“HPV男女共防计划”启动新闻发布会成功举办,共筑HPV预防新生态

今日(1月18日),默沙东(默沙东是美国新泽西州罗威市默克公司的公司商号)举办的“和合共生,健康共护”四价HPV(人乳头瘤病毒)疫苗男性适应证上市暨“HPV男女共防计划”启动...

2025-01-18 18:31

四同药品价格治理已基本实现,正建设全国挂网药品价格一览表资讯

四同药品价格治理已基本实现,正建设全国挂网药品价格一览表

目前,我们正在建设全国挂网药品价格一览表,全量汇总展示各地挂网价格信息并对首涨、高涨幅等异常价格行为予以标识,敦促各地持续纠正不合理的挂网高价。

2025-01-18 12:15

关于丙类药品目录,国家医保局最新的思考与规划,2025年发布第一版资讯

关于丙类药品目录,国家医保局最新的思考与规划,2025年发布第一版

丙类目录与每年的基本医保药品目录调整同步开展,计划于今年年内发布第一版。

2025-01-18 11:34

2025年全国80%左右医保统筹地区基本实现即时结算,2026年底全部实现即时结算资讯

2025年全国80%左右医保统筹地区基本实现即时结算,2026年底全部实现即时结算

1月16日,国家医疗保障局办公室正式对外发布《关于推进基本医保基金即时结算改革的通知》。根据通知,以全国统一的医保信息平台为支撑,2025年全国80%左右统筹地区基本实现即时...

2025-01-18 11:20

2024年底,60岁及以上人口3.1亿,占全国人口的22.0%资讯

2024年底,60岁及以上人口3.1亿,占全国人口的22.0%

年末全国人口(包括31个省、自治区、直辖市和现役军人的人口,不包括居住在31个省、自治区、直辖市的港澳台居民和外籍人员)140828万人,比上年末减少139万人。全年出生人口954...

2025-01-17 14:56

赛诺菲荣膺“杰出雇主2025”桂冠,连续五年傲立榜首资讯

赛诺菲荣膺“杰出雇主2025”桂冠,连续五年傲立榜首

作为10多年来首个且唯一连续五年荣获此殊荣的企业,赛诺菲再次彰显了其在企业文化、人才战略、多元发展及员工培养等方面的卓越成就。

2025-01-17 11:02

又一款国产三代EGFR-TKI抑制剂获批上市资讯

又一款国产三代EGFR-TKI抑制剂获批上市

昨日(1月16日),据国家药监局官网显示,奥赛康药业的1类创新药利厄替尼片(limertinib ASK120067,商品名:奥壹新)获批上市,用于治疗既往接受表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制...

2025-01-17 10:31

增辉生命,默沙东中国再度荣膺“中国杰出雇主”资讯

增辉生命,默沙东中国再度荣膺“中国杰出雇主”

1月16日,由全球权威的杰出雇主调研机构(Top Employers Institute)颁布的“杰出雇主2025”榜单正式揭晓

2025-01-16 22:48

CDE:放射性治疗药物申报上市临床风险管理计划技术指导原则资讯

CDE:放射性治疗药物申报上市临床风险管理计划技术指导原则

本指导原则将针对上市后临床风险管理计划、说明书中安全性相关内容、 患者指导手册的撰写提供具体指导意见。

2025-01-16 20:41

全球首款狂犬病双抗药物国内申报上市资讯

全球首款狂犬病双抗药物国内申报上市

日前,据国家药监局药审中心网站显示,智翔金泰的1类新药斯乐韦米单抗在国内申报上市。

2025-01-15 17:02

国家市场监督管理总局发布《医药企业防范商业贿赂风险合规指引》资讯

国家市场监督管理总局发布《医药企业防范商业贿赂风险合规指引》

本指引所称的商业贿赂, 是指采用财物或者其他手段贿赂交易相对方的工作人员、 受交易相对方委托办理相关事务的单位或者个人、 利用职权或者影响力影响交易的单位或者个人,...

2025-01-14 23:38

阿斯利康与宜联生物达成临床研究合作,共同探索联合治疗创新方案资讯

阿斯利康与宜联生物达成临床研究合作,共同探索联合治疗创新方案

双方将共同启动一项多中心、开放性、I Ib期研究,旨在评估两款药物联合治疗在实体肿瘤患者中的安全性、有效性和药代动力学。

2025-01-14 18:36

医疗科技国际化之路:新加坡如何提供全链条支持?资讯

医疗科技国际化之路:新加坡如何提供全链条支持?

随着中国医疗科技领域的快速发展,越来越多的企业具备了国际化发展的能力,正在“走出去”开辟新的市场。

2025-01-14 15:56

NVIDIA与多家行业顶尖机构达成深度合作,共促医疗健康产业蓬勃发展资讯

NVIDIA与多家行业顶尖机构达成深度合作,共促医疗健康产业蓬勃发展

在日前举办的摩根大通医疗健康大会上,NVIDIA 宣布与多家行业领先机构达成合作,这类新的合作旨在通过加速药物发现、提升基因组研究,以及利用代理式和生成式 AI 开创先进医...

2025-01-14 13:26

老牌上市药企终止PD-1项目,计提资产减值准备1.75亿元资讯

老牌上市药企终止PD-1项目,计提资产减值准备1.75亿元

近日,丽珠医药集团发布公告称,对公司及下属子公司截至2024年12月31日合并报表范围内存在减值迹象的资产进行了减值测试,并对其中存在减值迹象的资产相应计提了减值准备。

2025-01-14 10:13

尊享e生2025升级:首次全场景放开外购药械,医院药品覆盖数量再增资讯

尊享e生2025升级:首次全场景放开外购药械,医院药品覆盖数量再增

1月13日,众安保险举办“与10光,共生长”尊享e生十周年产品升级发布会,正式发布尊享e生2025版,并推出众安健康险未来将主打的两大产品系列——面向健康人群的“尊享系列”,以...

2025-01-13 20:17

PLA材料的医美应用:安全与效果的双重考验资讯

PLA材料的医美应用:安全与效果的双重考验

聚乳酸PLA,作为医美行业面部填充剂历经了3个时代大约20多年的发展,大体可分为1 0、2 0、3 0三个不同的时代;即1 0-结晶片状;2 0-普遍表面粗糙的多孔微球或实心微球;3 ...

2025-01-13 19:53

国家医保局:开展2025年定点医药机构违法违规使用医保基金自查自纠工作,肿瘤类、重症医学类、麻醉类、零售药店典型问题清单资讯

国家医保局:开展2025年定点医药机构违法违规使用医保基金自查自纠工作,肿瘤类、重症医学类、麻醉类、零售药店典型问题清单

2025年3月底前,各级医保部门根据本地化问题清单,对辖区内所有定点医疗机构和定点零售药店2023-2024年医保基金使用情况开展自查自纠。2025年4月起,国家医保局将对全国定点医药...

2025-01-13 17:32

全球首个超长效PCSK9单抗获批上市资讯

全球首个超长效PCSK9单抗获批上市

瑞卡西单抗注射间隔可长达8周,突破了目前国内外已获批的PCSK9单抗需要每2周、4周或6周的注射频次。

2025-01-13 13:17

好大夫正式牵手蚂蚁集团,共同推进“AI+医疗”创新资讯

好大夫正式牵手蚂蚁集团,共同推进“AI+医疗”创新

蚂蚁集团收购好大夫在线尘埃落定。1月11日,在2025年好大夫峰会上,双方在收购完成后首度携手亮相。好大夫在线创始人王航现场表示,共同的使命和愿景让双方走到了一起,后续好大...

2025-01-11 18:05