1700804230
1700804231
开发更好的脑机接口平台需要克服若干障碍：首先，要理解和接受大脑并非像计算机那样工作；其次，大脑不仅仅是一个神经网络那么简单，还有很多其他类型的细胞，如神经胶质占据了大脑细胞的15%，它们参与至关重要的大脑后台通信，但它们既不具备电子性，也非突触；最后，需要有更好的技术来完整地分析大脑活动。
1700804232
1700804233
作为一项未来的应用，政府服务公司（Government Works Inc）正在致力于研制脑机接口头戴式耳机，用于测谎和犯罪调查。该公司称，这项技术能够辨析一个人是否了解特定的信息或事件。
1700804234
1700804235
通过光遗传学控制神经元
1700804236
1700804237
当跨学科研究杂志《自然方法》（Nature Methods）选择光遗传学（optogenetics）作为2010年跨越所有科学和工程领域的“年度方法”时，当光遗传学被《科学》（Science）杂志誉为“十年来的重大突破”时，很明显，光遗传学已跻身未来医学的重大趋势之列了。
1700804238
1700804239
光遗传学是一项神经调控技术，它结合光学和遗传学方法，控制活体组织中单个神经元的活动。其实现方法，是引入对光敏感型蛋白质进行编码的基因。利用这种方法，单使用光就能将特定的基因打开或者关闭。从另外一个角度来说，这提供了一种通过光来控制大脑和行为的方法。整个方法关键的一环就是光线如何穿过颅骨。通常，在实验室里，采用立体定位导航手术为小白鼠加装LED光源或者光纤。不同类型的神经元可以被有选择性地打开，提供非常好的空间分辨率。相对于植入式电极、药物，或者经颅电磁刺激所能实现的，光遗传学技术能够提供对大脑更精细的操作。
1700804240
1700804241
电视剧《星际迷航：下一代》的编剧、物理学家里奥纳德·曼罗迪诺（Leonard Mlodinow）说：“这个领域的诺贝尔奖不会太遥远，光遗传学注定会改变我们治疗精神疾病的方式。最终，甚至会改变我们作为人类理解自身的方式。”
1700804242
1700804243
在为癫痫病、帕金森病、强迫症、精神分裂症、抑郁症以及各种各样的癖嗜提供新的治疗方法方面，光遗传学表现出其巨大的潜力。一项最新研究报道了在小白鼠大脑创造虚构记忆的能力，这也是第一次通过人工方法制造出恐惧记忆。当我们完全理解安慰剂效应时，就可以将吃药作为人造记忆植入病人大脑，“欺骗”他们相信自己已经吃过药了。
1700804244
1700804245
麻省理工学院神经科学家爱德·博伊登（Ed Boyden）是著名的阐述光遗传学方法及其未来发展的文章的作者，当被问及潜在的收益时，他描述了一些未来的场景：
1700804246
1700804247
首先，我们对大脑会有一个基本的了解，这一理解具有人文和哲学的含义。举个例子，有一个加州理工学院的团队将光纤和光遗传学工具一起植入到动物大脑深层，使其对光敏感。当他们照亮这个区域时，动物就会变得更具侵略性。如果我们能够理解暴力或攻击性的神经基础，就有可能对解释更多难以理解的人类行为有很大帮助，或许我们还可能控制其中的一些未解之谜。另外一个应用是在临床方面，我们能否找到治疗病人的方法？已经有超过25万人有各种类型的神经植入物，如果我们能够通过光更有针对性地激活一些神经元，或许我们就能够治疗那些饱受帕金森病、慢性疼痛、耳聋或者其他疾病折磨的病人。
1700804248
1700804249
解决疼痛是涉及几百万人的全球性问题，光遗传学或许能帮到他们。斯坦福大学的一个研究团队将含有视蛋白DNA的病毒注入了小白鼠爪子的神经，视蛋白是一种在视网膜的光敏感细胞中发现的蛋白质。几周后，只有含有视蛋白基因编码的疼痛神经出现在小白鼠的DNA中。这看起来是可行的：给小白鼠进行注射，两周后用光照射小白鼠的爪子来改变它感知疼痛的方式。这种方法或许能够快速测试缓解疼痛的药物，并且作为一个极具未来想象的场景，有一天会使得医生能采用光来缓解疼痛。
1700804250
1700804251
该研究最终的目标是研发出新型的视蛋白，这些视蛋白对不同颜色的光具有不同的属性，使光遗传学进入彩色时代。事实上，麻省理工的一个团队已经发现了一种新的对红光有反应的蛋白质，同时也是到目前为止对光反应最快的蛋白质，这也进一步提升了光遗传学的发展潜力。
1700804252
1700804253
尽管这项技术或许能够为医药领域带来近乎无尽的应用，一个使其获得广泛应用的主要障碍是要能够把光传送到细胞，因为有一些其他组织常常会碍事。最近，人们制造出了一种新的水凝胶植入物，在身体内很深的地方，它不但能被用来发光，还能被用来感知其存在。
1700804254
1700804255
另外一个问题是把在动物身上的研究结果迁移到人的身上。基因材料必须被加入到我们想要控制的大脑细胞中，才能用光来打开或关闭它们。尽管已经在小白鼠身上显示了，但人类神经元的基因工程仍不是一个可选方案。
1700804256
1700804257
最后，我们需要理解之前提到的各种医学征状的神经背景情况，以便确切知道哪些神经元或神经回路过于兴奋或者不够兴奋，并且使它们再次回到正常状态。
1700804258
1700804259
大脑植入物和神经增强
1700804260
1700804261
凯文·特雷西（Kevin Tracey）的母亲就是死于无法通过手术治疗的脑肿瘤，因此他在5岁时就立志要成为一名神经外科医生，他的祖父向他解释，医生试图把肿瘤取出来，但却无法把恶性组织和健康的神经分离开。于是，他发誓想要解决那些尚未解决的问题。后来，他成为一位生物电子学的先锋人物。2011年，他的公司SetPoint Medical启动了世界上第一例通过植入神经模拟器治疗风湿性关节炎病人的临床试验。他认为，某一天治疗或许就是发射某种模式的电脉冲，而不是给病人药物。这样的创新将会取代药品行业。
1700804262
1700804263
1700804264
1700804265
1700804266
康纳·卢苏曼努正在OpenBCI项目中测量脑电波
1700804267
1700804268
人们一直以来都在付出着努力，尝试给大脑以电刺激，从而获得更强的记忆力或者能更加专注。2012年，工程师布伦特·威廉姆斯（Brent Williams）制作了一个成本仅为20美元的家庭设备，用以给大脑产生刺激。他把一个简单电路用鳄嘴夹与两个盐水浸泡过的厨房用海绵连起来，然后把海绵用吸汗带固定在头上。一个海绵固定在右侧眼眉上面，另外一个固定在前额左侧。装上电池，他转动一个小刻度盘，然后将电流传送到大脑里。从那时起，他每周都会给他的大脑通电2到3次，每次都是晚上做大约25分钟，一边坐在沙发上阅读一边通电。威廉姆斯是从一则新闻中获得的灵感，这条新闻是关于空军研究人员如何研究大脑刺激是否能够减少飞行员的训练时间，这或许听起来像电影《骇客帝国》中的那些角色所进行的训练。
1700804269
1700804270
神经增强或使用药物提升大脑功能引发了道德方面的严重担忧。神经增强的责任研究与创新项目（Neuroenhancement Responsible Research and Innovation）是欧盟委员会的一项新提案，目的是让科学家和公众讨论与这些新兴技术相关的问题。最初，神经增强是为了帮助神经受损的病人而设计，但如今它被用来使健康人群变得更聪明，反应更快，甚至更加迷人。
1700804271
1700804272
当我联系到纽约大学的盖理·马库斯（Gary Marcus）博士和艾伦大脑科学研究所的斯托夫·科赫（Christof Koch）博士时，他们向我推荐了他们最近的文章，文中详尽地概述了整个未来大脑植入物和神经增强这一话题。他们说，现今的大脑植入物所处的境遇就像几十年前的激光眼睛手术，它在未来几年将会有长足发展。
1700804273
1700804274
想象一下，一个给你完美视力或在黑暗中看见东西能力的视网膜芯片，一个给你完美的听力耳蜗植入物，一个给你近乎无限内存的记忆芯片，这都是多么令人向往啊。鉴于其他类似技术已经商业化三十多年了，这样的大脑植入物将不会是第一个神经义肢技术。包括耳蜗植入物和如今的视网膜植入物这样的例子，都是在2013年才首次获得FDA 批准。用于帕金森病植入物发送电子脉冲到大脑深层，激活某些和运动控制有关的通路。这样的未来植入物必须是无毒且生物相容的（即不会引起排异的）。当然，还有些技术难题，如同智能手机行业，专家们希望能尽快找到这些问题的解决方案。
1700804275
1700804276
连接大脑和计算机
1700804277
1700804278
美国杜克大学神经学工程师设计了一个用猴子做测试的大脑-机器-大脑的接口，并在大脑和虚拟身体之间建立了一个直接连接。虚拟身体是被猴子的大脑活动所控制，而虚拟手生成触觉反馈信息，这些信息被以信号的形式传回大脑。猴子能够探究虚拟世界和物体，并能确切地感触到它们。
1700804279