科学家们试图说出大脑的语言来治愈疾病

至少从19世纪以来，人类一直想知道，把我们的大脑 - 灵巧而灵活，但容易发生疾病和混乱 - 的大脑直接连接到技术的冷，硬的精度上，可以做些什么呢？当时的作家们梦想着通过植入的发条和被移植的大脑控制的飞船来增强智力。

虽然这些仍然是不可思议的牵强，但现在已经成为治疗疾病和改善人类健康的大脑和机器的融合。连接计算机和神经系统的脑机接口现在可以恢复已经失去看诊能力，治疗帕金森病症状并预防一些癫痫发作的人的基本视力。还有更多。

但是，在这些案例中，最大的挑战可能不是科幻作家曾经的硬件。相反，它至少在某种程度上试图理解大脑想要告诉我们的是什么 - 以及如何回应。就像语言学家拼凑外星人语言的第一部分一样，研究人员必须搜索指示即将发作的信号或者人们想要移动机器人手臂的信号。研究人员说，改善与硬件并行的通讯将推动疾病治疗的进展，甚至提高我们的正常能力。

聆听大脑的语言

20世纪70年代初，计算机科学家雅克·维达尔（Jacques Vidal）开始了他所谓的“大脑计算机接口”（Brain Computer Interface）项目。正如他在一篇1973年的评论文章中所描述的那样  ，它包含一个脑电图或脑电图，用于记录来自大脑和一系列电脑的电信号，以处理这些信息并将其转化为某种行为，比如玩一个简单的视频游戏。从长远来看，维达尔想象的脑机接口可以控制“假肢装置或太空船等外部装置”。
实现这些里程碑在很多方面都付诸实施，包括开发将大脑与外部计算机进行物理连接所需的硬件和手术技术。

但总会有另外一个同样重要的挑战，比如Vidal所期待的：把大脑中惊人的复杂语言，编码在从大脑的数十亿个神经元之一发出的电子和化学信号中，并提取计算机可以理解的信息。最重要的是，像Shenoy和Henderson这样的研究人员需要实时做所有这些事情，这样，当一个主体的大脑发出信号，要求在计算机屏幕上移动一个指针时，指针就会立即移动，而不是一秒钟之后。

现在是生物工程学和神经外科的助理教授Paul Nuyujukian医学博士，其中一位遇到挑战的人  。首先作为Shenoy研究小组的研究生，然后是由Henderson和Shenoy共同领导的实验室的博士后研究生，Nuyujukian帮助建立和完善了将大脑信号转化为光标运动的软件算法，称为解码器。

实际上，“翻译”可能太强大了，因为Nuyujukian所说的这个任务，有点像听着百人同时说一百种不同的语言，然后试图找到一些东西，一个人可能与一个人的意图有关。尽管听起来令人望而生畏，但Nuyujukian和他的同事们发现了一些简单的方法来解决这个问题，首先是在猴子的实验中。例如，Nuyujukian和研究生Vikash Gilja表示，如果他们注意猴子被要求移动光标的地方，他们最好能在人群中挑出一个声音。

Nuyujukian是斯坦福大学Bio-X  和  斯坦福大学神经科学研究所的成员，他说：“这样的设计见解对解码器的性能产生了巨大的影响  。事实上，这个系统在猴子身上的性能提高了一倍多，团队开发的算法仍然是迄今为止性能最高的系统的基础。Nuyujukian继续将这些见解与临床研究中的人相适应，这本身就是一个巨大的挑战，导致帮助患有瘫痪类型的人以每分钟12个字的速度创造记录。

虽然还有很多重要的工作要做，但Nuyujukian说他相信“脑机接口能解决的其他非常迫切的需求，比如癫痫和中风的治疗 - 大脑说话的条件一个语言科学家才刚刚开始明白。

听取迹象是不对的

事实上，如果一个脑机接口可以拾取大脑试图说出的东西，并用它来将光标移动到屏幕上，其他人可以听到大脑试图说出错误的时候。
这个挑战与Nuyujukian的工作非常相似，即试图从大脑的数十亿个神经元的杂音中提取有用的信息，虽然Bronte-Stewart的实验室采取了一些不同的方法。在最近的一篇论文中，研究小组把注意力集中在帕金森更令人不安的症状之一“冻结步态”上，这个症状影响了大约一半的帕金森患者，并使他们周期性地不能将脚抬离地面。

勃朗特 - 斯图尔特的问题是在冷冻期间大脑是否会说出什么不寻常的事情，事实上似乎是这样。研究人员利用原来在物理学和信息理论中发展起来的方法，发现低频率的脑电波对于那些经历过冻结的人和那些没有经历过冻结的人来说都是不可预测的，在前一组中，与正常人相比，运动。换句话说，尽管没有人确切地知道大脑想说什么，但是它的讲话 - 可以这么说 - 在冷冻机中明显更随意，当它们冻结时更是如此。

通过听取这些信号，适时的大脑刺激可能能够以比以前更少的副作用来防止步态的冻结，而有一天，Bronte-Stewart说，更复杂的反馈系统可以治疗帕金森甚至神经精神疾病的认知症状如强迫症和抑郁症。

我们需要说大脑的语言吗？

Nuyujukian和Bronte-Stewart的方法都值得注意，部分原因是他们不需要研究人员非常了解大脑的语言，更不用说那种语言了。事实上，学习这种语言以及大脑如何使用它，而试图解读大脑内部运作的研究人员却很感兴趣，这对于一些医生和患者来说可能并不重要，因为这些医生和患者的目标是找到更有效的假肢和治疗神经疾病的方法。

但是至少根据神经外科和眼科教授EJ Chichilnisky博士的观点，其他任务需要更大的流畅度，  他认为在帮助盲人看到大脑的语言方面是至关重要的。Chichilnisky，John R. Adler教授，共同领导由斯坦福大学神经科学研究所资助的  NeuroTechnology Initiative，他和他的实验室正在研究复杂的技术，以恢复视网膜严重受损的人的视力 - 他说这将是一个需要听的任务与个体神经元的说话密切相关，然后用自己的语言与每个神经元说话。

Chichilnisky说，问题在于视网膜不是简单的相同神经元阵列，类似于现代数码相机中的传感器，每个相机都对应一个像素。相反，有不同类型的神经元，每个神经元向大脑的视觉处理系统发送不同类型的信息。

Chichilnisky说：“我们需要和那些神经元交谈。要做到这一点，一个脑机界面需要弄清楚，首先，它是什么类型的神经元，其个人电极谈话，以及如何将图像转换成一种语言，那些神经元 - 不是我们，而不是一台电脑，但个别神经元视网膜，也许在大脑更深 - 理解。一旦研究人员能够做到这一点，他们就可以开始与大脑进行直接的双向对话，使人造视网膜能够适应大脑的需要，并改善人们通过假体可以看到的东西。

奇基尼斯基说：“单向交谈有时候不会让你走得太远。
一个叫做NeuroPace的界面，由斯坦福大学研究人员部分开发，就是这样做的。NeuroPace使用植入到大脑表面深处或放置在大脑表面顶部的电极，监听癫痫发作之前的大脑活动模式，然后当听到这些模式时，用舒缓的电脉冲刺激大脑。

学习倾听并更好地识别大脑的需求也可以改善深度脑刺激，一种30年的技术，利用电脉冲治疗帕金森病，震颤和肌张力障碍，运动障碍的特点是反复运动或异常姿势不自主的肌肉收缩所带来的，说  海伦·勃朗特-斯图尔特，MD，神经学和神经科学教授。

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