神经治疗最新技术 (对神经疾病治疗技术认识和理解)

来自foreignpolicy

作者:Tim Requarth

机器之心编译出品

参与:Chen Xiaoqing、Augulia、微胖、柒柒

前沿神经技术能够抹去受创记忆,读懂人的心思。它们也是21世纪的下一个战场。

这是七月里平凡的一天,在杜克大学的实验室内,两只恒河猴坐在不同的屋子里,注视着一台电脑屏幕,上面显示着二维空间内一个虚拟手臂的图像。猴子们的任务是让手臂从屏幕的中央移动到目标上,当它们成功时,研究员就会以果汁为奖励。

但是这个实验有一个特殊之处,猴子们并没有操纵杆或者任何设备来控制手臂。它们的大脑内部分位置植入了电极,从而控制动作。电极能够通过与电脑的连接捕捉并传输神经活动。更有趣的是,这些猴子们可以共享对于虚拟手臂的控制。在其中一个实验中,一个猴子只能控制手臂的水平动作,而另一个可以控制竖直方向。猴子们开始通过将特定的思考所导致的动作联系在一起进行学习。在掌握了原因与效果的规律后,它们学会了如何行为——本质上就是联合思考——让手臂到达目标,然后赢得果汁。

神经科学家Miguel Nicolelis是这次研究的领队,早些时候发表了该研究成果,并为这个了不起的组合取了一个名字:「脑网」(brainet)。最终,Nicolelis希望这种大脑对大脑的合作能够用来加快有着神经创伤的人的痊愈——更精确地来说,一个健康人的大脑可以和有这种创伤的患者互动,从而使患者更快地重新学会说话或者移动瘫痪的肢体。

他的成果是近期一系列神经科技进展的最新成果:应用于神经元的互接口,解码或模拟这些神经元的算法,以及对于组织间复杂电路控制认知、情感和行动有着更全面理解的大脑图。从医学角度来说,它能够衍化出许多非常有用的东西:帮助传导感知给穿戴者的更精巧的义肢,理解帕金森之类疾病的新观念,甚至抑郁症和其他心理创伤疾病的治疗方法。这正是为什么全世界的主流研究机构都在这个领域奋战的原因。

能够诊断阿兹海默氏症或自闭症的大脑扫描仪器有着读取人们隐秘思想的能力

然而,这些创新也有着其黑暗的一面。神经科技是把双刃剑,它们可以用来解决医学的难题,同样可以应用(或误用)于战争目的。

能够诊断阿兹海默氏症与自闭症的大脑扫描仪器也可能会读取人们内心深处的隐私。与大脑组织链接在一起的计算机系统让瘫痪患者用思维控制机器肢体,也能被国家用来指挥仿生士兵与飞行器。本该用来救助人们受创心智的设备还可以用来植入新的记忆,或者抹除存在的记忆,无论是同盟还是敌军都可以使用这样的技术。

考虑到Nicolelis脑网的想法,生物伦理学家,宾夕法尼亚大学的教授Jonathan Moreno说,如果从极端的想法思考,将两个或两个以上的人类大脑信号合并会创造出终极超级士兵。「如果你能够得到一个智慧专家,比如说像Henry Kissinger知晓整个外交与政治历史的,然后从某个知晓军事策略的人那得到所有知识,接着是掌握了DARPA工程的某人的所有知识,等等,会怎样」他说道,提到了美国国防部高级研究计划局(DARPA),「你可以把它们融合在一起。」这样一个脑网能够创造一个面对高风险决策有政策和人类影响的军事全能。

需要澄清的是,这样的思想在科幻小说中仍然十分坚固。但很多学者指出,成为现实只是时间上的问题。神经科技正在迅速发展,意味着最终人类能力和商业化的突破无可避免,政府已经开始采取行动。DARPA,为美国国防部执行开创性的科学研发,它在大脑技术上有着大量投资。在2014年,该机构开始了研发侦测和抑制冲动的植入设备。其目标在于治疗患有成瘾或抑郁等疾病的退役军人。然而,这种科技毫无疑问地可以作为*器武**——或者落入到错误的人手中。「非国家行为体必定会利用某种形式的神经技术,」乔治城大学医学中心神经伦理学家James Giordano说道,「问题在于是什么时候,他们又会用哪些科技?」

长久以来,人们都为控制思想这种可能而着迷并恐惧。也许恐惧最坏的情况——比如,大脑很快就会在政府面前脆弱的不堪一击——还有些早,但是神经科技这把双刃剑的未来的确不容乐观。一些伦理学家担心没有法律规制这些工具,实验室里的发明会毫无阻碍的进入真实世界里。

无论是好是坏,Giordano说道:「大脑将是下一个战场。」

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被更加深入理解大脑(可以说是人体组织最无知的一部分)的欲望所驱使,过去的十年是神经科技创新大爆发的十年。在2005年,一个科学家小组宣布他们成功地利用功能性核磁共振仪(fMRI)读取了人类的思想,后者是一种测量大脑活动所引发的血流现象的技术。研究对象静躺在全身扫描仪中,观看放映简单视觉刺激的小屏幕——不同方向的线条随机排布,一些竖直,一些水平,一些呈对角线。每条线条的方向激发了大脑功能的细微不同。最终,仅仅通过观测大脑活动,研究员能够知道研究对象正在看哪一种线条。

仅仅花了六年,加州大学伯克利分校所进行的一系列实验中大脑解密技术就已经大规模扩展了——有点类似硅谷。在2011年的研究中,研究对象在fMRI中观看好莱坞电影的预告片,研究员用波动的大脑反应数据构建了一个解码算法,每一个受试者都不同。之后,他们记录了研究对象观看不同新电影场景的神经活动——例如Steve Martin穿过一间屋子的片段。有了每个受试者的算法,研究员能够仅仅通过大脑活动就重建出那个片段。这种古怪的结果并不是像胶片一样写实,而是印象的:模糊的Steve Martin在超现实的场景里浮动,背景不停变换着。

基于这些成果,南卡罗来纳大学的神经科学家以及2011年研究作者之一的Thomas Naselaris说道:「读取大脑这样的科技迟早会变成现实,」更确切地说,「甚至在我们这一辈就能够见到。」

脑机接口(BMI)背后迅速发展的科技正是加速发展的主要原因——神经植入设备与计算机能够读取大脑活动并翻译为真实动作或反过来,模拟神经元创造感觉或生理上的动作。第一个走出操作室的复杂脑机接口出现在2006年,当时布朗大学的神经科学家John Donoghue的团队为当时26岁的Matthew Nagle——一个前高校足球明星,曾经被刀捅入了脖颈,肩膀一下完全瘫痪——植入了一个只有五分之一英寸长,上面有100个电极的方形芯片。电极位于Nagle的运动皮层上,与其他部分一起控制手臂动作。在几天后,Nagle和与计算机相连的设备一起能够通过思维移动光标,甚至打开一封电子邮件。

八年后,BMIs变得更加复杂,正如2014年巴西世界杯所展示的那样。Juliano Pinto,29岁,下半肢完全瘫痪,他穿上了思维控制的机器外骨骼——由杜克大学的Nicolelis所研发——在圣保罗的世界杯开幕仪式上用自己的双脚为赛事开球。Pinto的头罩能够收集大脑内的信号,传递踢的动作意愿。他的计算机绑定在背上,接收这些信号,然后刺激机器骨骼执行动作。

神经科技还能够进一步处理复杂的记忆。研究表明它可能把思想植入另一个人脑内,就像电影《盗梦空间》的现实版本。在2013年诺贝尔获奖者Susumu Tonegawa在MIT所领导的实验中,研究员为一只老鼠植入了一个所谓的「伪记忆」。研究员将它放在一个容器内,并观察老鼠开始逐渐熟悉周围环境,与此同时观察它的大脑活动。团队能够在它的海马体数百万个细胞中精确找出有关这个记忆形成的细胞网络。第二天,研究员将它放在一个它从未见过的新容器中,在老鼠曾经用于记住第一个容器时所用的神经元也开始活跃时给予电击刺激。如此形成了关联:当他们将老鼠送回到第一个容器里,它感觉到了恐惧,即使它从未在这里遭到电击。

就在Tonegawa的发现两年后,一个斯克里普斯研究所的团队能够抹去老鼠特定的记忆,而保留其他完整的记忆。这种抹除技术能够应用于治疗创伤后遗症,消除痛苦思维并改善生活质量。

这种研究势头很可能会持续下去,因为思维科学改革有着大把资金可以挥霍。在2013年,美国启动了大脑项目(BRAIN Initiative)(通过推进创新神经技术进行的大脑研究),在头三年中就拨出了数百万经费予以进行研究;未来的经费还未决定。(美国国立卫生研究院,该项目所涉及的五个联邦机构之一,仅此一个就需要45亿美元用于12年研究)。欧盟在它的10年人类大脑计划中投入了大约13.4亿美元,该计划于2013年开始。两个项目都设计为构建能够绘制大脑结构的创新工具,并监测数十亿个神经元的电活动。在2014年,日本启动了一个类似的计划,即Brain/MINDS(通过综合神经技术进行脑图绘制用于疾病研究)。甚至微软的联合创始人Paul Allen也给他的大脑科学Allen研究所投入了上百万美元,大规模地尝试创建大脑图解,并揭露视觉工作原理。

正如近期的创新一样不可思议,大部分今天的神经技术都处于初期。他们在大脑内的工作时间并不长,只能读取或模拟有限的神经元,或者需要一些有线连接。「思维读取」机器只能依靠昂贵的仅在实验室或医院才会有的设备才能产生出一些非常简陋的结果。但是研究员和投资者对于神经科学未来的投入意味着设备每一年都会变得更加精巧,无处不在且容易可得。

每一种新的技术都会带来应用新的可能性。伦理学家警告说,这些应用可能会包括*器武**化。

到现在为止,还没有任何大脑工具被用作*器武**,但这并不意味着它们的战争意义就没有被人们考虑:今年早些时候,一个四肢瘫痪的女人利用思维和大脑植入设备成功地驾驶F-35战斗喷气机模拟器,而该设备是由DARPA投资开发的。看起来*器武**化的未来已经不那么遥远了——技术从基础科学迅速转化为破坏性的全球威胁已经有着数不清的例子了。毕竟,神经元的发现与广岛和长崎的原*弹子**爆炸之间只有13年。

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如果不是世界所有的势力都与神经科学有着曲折的过去,政府的思维操控将会只存在于阴谋论者和幻想家的脑袋里。在1981年与1990年的一个古怪实验中,苏联科学家通过将人暴露在不同水平的高频率电磁辐射中制造了一个紊乱身体与大脑神经功能的设备。(实验的结果依然没有人知道)。在许多年后,苏联又花费了超过10亿美元用于这样的思维控制项目上。

也许最臭名昭著的案例是上世纪五十到六十年代美国滥用神经科学,华盛顿致力于大范围的科研项目,以期找到监视并影响人们的思想方法。CIA将其代号取为MK-Ultra,根据1963年CIA调查员的记录,提出了「研究并发展能够对人类行为具有秘密控制作用的生物、化学以及辐射物」。包括大约80个机构,其中有44所大学与学院,但是它们经常以其他科学研究作掩饰,让参与者不知道他们正在用着兰利的资金。这个项目最具恶名的方面在于在某些试药者毫无所知的情况下让其持续服用LSD致幻剂。一个来自肯塔基的男人甚至连续用药174天。还有让人惊恐的则是MKUltra项目致力于超感知觉以及电子操纵大脑的机制,并通过催眠和心理治疗试图去收集、理解并影响人们的思想。

尽管军方还在秘密推进这类项目,但如今,还没有证据显示美国又在以国家安全的名义滥用神经技术。在2011年,根据佐治亚理工学院的教授Magaret Kosal所提供的数字,在神经科学研究方面,陆军投资5500万美元,海军投资3400万美元,空军则投资了2400万美元(应该注意的是,美国*队军**是不同科学领域的主要投资者,包括工程与计算机科学等)。在2014年,情报高级研究项目活动(Intelligence Advanced Research Projects Activity),即IARPA,一个为美国情报部门研发前沿科技的机构,宣布投资1200万美元来设计性能增强技术,包括了「优化人类适应逻辑」的大脑电子模拟——也就是说,让分析员变得更加聪明。

然而,真正的动力来自于有着强大嫉妒心的DARPA。它在任何时间都投资有约250个项目,重新招募并领导有着学术和工业背景的专家团队,从事于具有野心的、高精尖的作业。DARPA投资了几个足以改变世界的有远见的项目——因特网、GPS与隐型战斗机,这些只是其中几个——其他人难以比肩。在2011年,最谨慎来说有着30亿美元预算的DARPA仅仅为神经科学研究就投入了2亿4000万美元。它还在大脑计划项目开始的前几年就投入了2亿2500万美元,仅仅比同时期的第一投资者NIH少了5000万美元。

潜意识地去做一些事情比如读取意识或迟或早都是能够实现的

随着DAPRA的竞赛重整模型以及在世界上的响亮名望,或许其他世界 强权 进行仿效只是时间问题。就在一月份,印度宣布他们将沿着DARPRA的思路,对国防研究及发展组织进行重整。去年,俄罗斯军方也宣布将1亿美元的资助投入到新建成的先进基础研究当中。2013年,日本对外公开将成立一个创新机构,根据科学技术部长IchitaYamamoto的说法,号称是「美国版的DAPRA」。(它被一些观察者称为「JAPRA」。)欧洲的防卫组织成立于2001年,回应了对于「欧洲版DARPA」的呼声。同时这里还有将DARPA模型用于商业的尝试,比如谷歌公司。

关于神经科学将会在这一系列研究的中心部分扮演什么角色还仍然有待商榷。但是,考虑到最近在大脑技术的进展、DARPA对它的兴趣以及新枢纽试图追随五角大楼,很大可能这个领域至少会得到一定的关注度。Robert McCreight是一位20多年来专职于军备管控部门的前美国政府部门官员,他说这样的「竞争氛围」可以某种程度上变为神经科学领域竞赛,一个针对控制和商业化神经元的竞赛。随之而来的风险在于研究会被引导到*器武**化的道路上——将大脑作为打仗的工具来使用明显更为高效。

不难想象这看起来像什么。如今,一顶装备有电极能够从头皮获取脑电图(EEG)大脑信号的头盔看起来只与一个目的相关,比如踢球。但在将来, EEG信号捕捉电极很可能秘密搜集*器武**装备的信号。比如,一个BMI能够变成数据抽取其——被用来,比如说黑入敌方间谍的思想之中。辩证地说,更令人惊悚的是,如果恐怖分子、黑客、或者其他罪犯获取了这样的神经技术,他们可以使用这样的工具来进行直接地刺探或者偷取个人信息,比如用户密码及信用卡账号。更加困扰的是,似乎几乎没有任何阻止这种场景发生的有效措施。很少国际共识或甚是国家法律能有效地保护个人隐私,也没有任何直接属于大脑技术领域的相关条约。而当谈及双刃剑或是*器武**化时,阻碍更是少得可怜,由此将我们的大脑作为一个范围巨大的而又没有法律保护的恐怖主义潜在攻击目标存在。

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Jann Scheuermann患有肢体残疾,但她使用自己的思想控制机械手臂将一根巧克力棒喂到自己嘴里。之后她用同样的方法驾驶一架F-35战斗机飞行。

神经科学在国际法方面陷入了深渊。与大脑协同合作的神经*器武**并不是「生物意义范畴,不是化学范畴,它是电子机械范畴」,罗格斯大学的公共关系学教授Marie Chevrier说道,这是本质的区别,因为这两样都存在于美国的条例之上——生化*器武**条约(BWC)以及化学*器武**条约(CWC)——理论上都可以被用来限制大脑技术的滥用,但不包含任何对于机械手臂的限制。事实上,这样的文件并不会根据所有存在趋势而进行条例拟定,这也意味着只有当特定的*器武**出现时它们才能够被条例约束。

Chevrier强调说因为神经*器武**可以影响大脑,BWC禁止使用有害的或致死的生物组织,或是它们的毒素,而一个生物系统可以被修改成包括以上所有。她并不是独自一人战斗:很多伦理学家都在会议的常规审查上进一步督促与会的神经科学家们,并且希望各个成员国都能同意在法例上进行进一步修改。而Chevrier认为目前所欠缺的是科学委员会。(在今年八月一个隶属会议上,其中一个关键提案就是创造一个包括神经科学家的委员会,但是在截稿之际最终消息还未可得知。)技术投入可以促进各大国家或者政*党**团体进一步行动。「政治家们并没有理解到威胁有多么危险。」Chevrier说道。

即使有这样的一个委员会组织,然而,在美国官僚主义之下进展速度有如冰封,可能也表明了某些问题。BWC审议大会是一个陈述可能会发展成为生化*器武**的所有技术的大会,然而每5年才开一次——尽最大可能保证法案的更改是最近科学进展里面最具有前瞻性的。「通常情况总是科学技术获得热烈反响,而伦理学和政策被远远抛在后面」,Giordano说,他是一名乔治城医疗中心的神经伦理学家。「他们倾向于更加积极的反应,而不是前瞻性的风向评估。」(伦理学者们已经为这种情况取了一个名字:Collingridge困境,根据David Collingridge 命名,他在1980年出版的《科技的社会掌控》一书中提出很难去预测一门新科技的潜在影响,同时也就不可能在这一切出现之前建立法案)

但是,宾夕法尼亚大学的生物伦理学家Moreno说,这不是不作为的借口。伦理专家有责任确保能向政策制定者全面解释科学发展及其潜在威胁。Moreno认为,NIH应该建立一个永久性的神经伦理研究项目。英国皇家协会五年前就朝这个方向迈进了,当时,他们召集了一个由神经科学家和伦理学家组成的指导小组。自此,这个小组已经发表了四篇有关神经科学发展方面的报告,包括一篇讨论冲突和国家安全意义的报告。报告要求在BWC审议大会上集中讨论神经科学,并敦促诸如世界医疗协会等团体组织研究任何可能影响神经系统(包括那些没有被国际法明确报道过的,比如BMIs)技术*器武**化的潜在可能性。

然而,神经伦理是一个相对较新的领域。实际上,直到2002年,人们才发明这个单词。自此,这个领域取得了长足进展——在其他项目中播下了一粒种子,比如斯坦福大学神经伦理项目,牛津大学的神经伦理中心以及欧洲神经科学和社会网络——而且吸引了来自麦克阿瑟基金会以及Dana基金会的资助。然而,这些研究机构的影响仍处在初期。Giordano说,「它们已经定义了工作范围。如今,该动手干活了。」

棘手的是,科学家缺乏神经技术是把双刃剑这方面的知识——也就是说,研究和伦理脱节了。英国Bradford大学国际安全教授Malcolm Dando回忆起在2005年,也就是BWC审议大会前一年,曾为全英科学部门组织过几次研讨会,旨在向专家们讲授生物代理和神经工具潜在误用可能。当他发现「他们对此所知甚少」时大为震惊;比如,一位科学家否认他保存在冰箱里的一个可能做成*器武**的微生物是把双刃剑。他记得这场对话简直就是「对牛弹琴」。打那以后,情况并未发生多大变化:科学家仍然缺少这方面意识,Dando解释道,这在神经科学家中「依旧如故。」

Dando也指出,令人感到鼓舞的是,在一些关键地方,神经科学带来了道德困惑这一事实也得到了承认。奥巴马责令负责生物伦理问题研究的总统委员会准备一份报告,汇报与BRAIN计划中先进技术有关的伦理和法律问题,而且欧洲人脑计划建立了一个道德和社会项目来指导其努力方向。

但是,这些努力或许裁剪掉了神经*器武**的特殊问题。比如,三月发布的两卷,200页的的大脑计划道德影响报告中,并不包括「双刃剑」或「*器武**化」字眼。Dando认为这一鸿沟——甚至出现在了神经科学文学作品中,人们可以期待就此大做文章——是常态而非例外。

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当杜克大学的Nicolelis在1999年创造出他的第一个脑机接口时——一只老鼠仅凭思维就能够按下杠杆取得水——他从未想象过这个装置可以被用做瘫痪病人的康复工具。但如今,他的病人可以在世界杯上通过身着大脑控制的体外骨骼踢球。而且他的这一研究应用还在不断增长。Nicolelis现在正在研究将无创版脑网——用户使用的EEG帽——用于临床,物理理疗师或许就能利用他们自己的脑电波帮助受伤病人行走。他说道:「物理理疗师将奉献出它们大脑90%时间,病人10%的时间,借此病人就有可能学习地更快。」

但是,Nicolelis承认他担心由于他的创新太过招摇,可能被用于其他不好的地方。在上世纪中期参与用BMI帮助退役军人获取行动能力的项目之后,他拒绝接受DARPA的资金捐助。Nicolelis认为至少在美国,他是少数人。他说:「我认为有些神经科学家真是够蠢的,在会上大肆吹嘘他们从DARPA那获得了多少资金来做研究,也不想想DARPA想从他们那得到什么。」

BMIs,他的毕生杰作,成了*器武**装备,让他感到痛苦。他说道:「我在这方面努力工作了20年,希望能够做些有益于理解大脑的事,并最终在医学方面能够有所获益。」

然而,事实是,伴随着大脑技术临床应用的神经*器武**是不可避免的结果。这些*器武**会是什么样,它们何时会出现,谁会掌控这些*器武**;今天人们当然无需害怕他们的思维濒临损伤。新型技术把大脑变成工具(比*弹炸**侦测犬更灵敏,像无人机一样可控,或者比开保险箱更容易)的噩梦看上去就像是天方夜谭,但值得思考:我们已经在太晚之前做了足够的事来防止下一代成为致命*器武**吗?

Tim Requarth是纽约的一名科学记者。《The Lobotomist: A Maverick Medical Genius and His Tragic Quest to Rid the World of Mental Illness》一书作者Jack El-Hai对本文做出了贡献。本文最初刊登于9/10月期FP,名为《思维领域》(Mind Field)

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