2016.12.11 12:23 臺北時間

降低失智等障礙 科學家用「神經義肢」修補記憶功能

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降低失智等障礙  科學家用「神經義肢」修補記憶功能
視力不良可以靠眼鏡或手術矯正、肢體殘障可靠義肢協助正常活動,那麼,記憶力的損壞能否藉助失而復得?
美國南加大一名研究腦神經記憶功能長達二十多年的生物醫學工程專家伯格(Theodore Berger),研究以腦部植入晶片方式修復記憶、強化認知功能,已進行了初步的人體實驗,最近更得到了一億美元「小額」種子投資,繼續朝向改變人類認知最核心的目標前進。
科幻電影《攔截記憶碼》探討記憶、真實、認知之間的關係。(畫面:電影海報)
好萊塢的驚悚動作片《攔截記憶碼》(Total Recall)裡面,主角柯林法洛飾演的工廠工人奎德,在二十一世紀末的殘破世界裡,為了尋求刺激而到「記憶碼公司」想給自己輸入一些假記憶,結果在一連串驚險意外中才赫然發現,原來自己過去的認知,都是政府在他大腦植入的假記憶。
記憶是否真的就像晶片裡的資料,可以隨意移轉、拆卸、複製?這實際上恐怕是大有疑問。不過,如今科學家確實正在解答並試圖複製我們腦中記憶形成的模式。

仿海馬迴功能 科學家以電流「製造記憶」

美國南加大研究生物醫學工程的伯格(Theodore Berger),目前也是新創公司Kernel的首席科學家。他所研發的正是記憶的輔助裝置,透過外科手術將他植入腦部,模擬腦部海馬迴區(hippocampus)的功能,藉由電流用特定方式刺激腦部以形成記憶。
目前雖然還沒有到達所謂「複製記憶」的精確程度,但是至少在老鼠、猴子等動物實驗上已見到明顯效果,同時在人體實驗也有初步的成果。
伯格這套裝置,依據的是腦神經科學現有的理論,認為海馬迴區是腦部形成長期記憶的重要關鍵。它將我們的短期記憶轉化為長期記憶。
《永遠的現在式》的主角HM,因癲癇接受實驗性的腦部海馬迴切除手術,導致他從此一生喪失形成新記憶的能力,終其一生,他想不起前一天發生的事,記不住前一分鐘見到的人,彷彿永遠被困在當下的那一刻。
一直到2006年過世之後,HM他的真實姓名亨利莫萊森(Henry Molaison)才被公諸於世。他的大腦被製成2401個微切片,存放於加州大學聖地牙哥分校供腦醫學研究。
根據英文版《連線》雜誌(Wired)報導,這位伯格教授的初期實驗,是偵測兔子在記憶形成時的腦部活動。他的方式是播放一個音調,同時對著兔子的臉上噴空氣讓兔子因此眨眼。到最後,只要他一播這個音調,兔子就會「記住」要自動眨眼。這種刺激-反應的實驗就像巴夫洛夫的狗會自動分泌唾液一樣。
在此同時,伯格用電極記錄兔子腦部海馬迴區的活動,當兔子學會把聲音和噴空氣聯想在一起,也就是說訊息已成為腦中的記憶之後,腦部訊號變化就開始以可預測的模式出現。
伯格把腦部接受訊息時神經元的放電模式稱之為「時空編碼」(space-time code):哪些腦區的神經元、以及在什麼時間放電。當這個時空編碼傳送到海馬迴區之後,它會逐漸轉變為另一套時空編碼,而這個時空編碼讓腦部其他區域可以辨識並並當成長期記憶來使用。
伯格說,他可以用數學模式推導出海馬迴區把短期記憶轉化為長期記憶的一般通則。透過這套一般通則,伯格打造出了人工的海馬體,並在老鼠和猴子的實驗上,證明了記憶力受阻斷的實驗對象,在人工海馬體的刺激下,「把記憶放回了腦部」。

模擬製造記憶 科學家:「距離還很遙遠」

不過,類似的植入裝置在人腦部可以有用嗎?凱斯西方儲備大學的的工程學教授泰勒(Dustin Tyler)認為,所有透過腦部與機器接口的神經義肢(neural prosthetics)都有一個基本的挑戰,「 人腦中有數十億個神經元,和數兆種的連結方式。要找出一套技術,用合理的高解析度進入如此巨量的神經元,這是很棘手的問題。」
即使像是電子耳蝸這類的植入裝置,到目前為止也還沒有模仿聲音到臻於理想的地步。
透過腦部連接電腦,肢體癱瘓的人可以控制手部的運動。(畫面取自BusinessInsider)
不過,對於這套技術在市場上的應用,已經有人躍躍欲試。
以打造軟硬體來擴增人類智能為目標的新創公司Kernel,聘請伯格擔任他們的首席科學家,基本上就是出錢贊助他的研究,初步目標是要把它推向醫療器材市場,提供給記憶受損的人士使用。目前已進行過人體試驗,據稱接受實驗的病患記憶測驗的表現良好。
今年十月,前Braintree創辦人,也是Kernel的執行長強森(Bryan Johnson)宣布,將以個人資金投資Kernel一億美元做為種子基金,目標是協助公司研發降低認知障礙、阿茲海默症和失智症的神經義肢。
強森希望,未來他們可以發展出只需簡單的門診過程就可植入的裝置,提升人們注意力、創造力和專注力等方面的智能。
這個目標也許還遙遠,因此這個尚未被製造出來的裝置到底適用範圍和可能副作用有哪些,目前也還不很清楚。不過到時候它應該會衍生醫學和法律上的爭議。此外,當記憶可以被複製、增強、創造出來,誰有權擁有更好的記憶?我們的記憶是否真實無誤? 我們又要如何認知自己是真實存在,而不是「桶中的腦」(brain in a vat)?
參考資料:
The Neuroscientist Who's Building a Better Memory for Humans (Wired)
更新時間|2023.09.12 20:21 臺北時間
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