脑科学发展的助推器

推荐人:林尧 英国爱丁堡大学生物学博士、剑桥大学博士后

推荐语:

大脑是人体最神奇也最不被了解的器官。过去20年生物技术迅猛发展,许多疾病如艾滋病、癌症等都在治疗方面取得了长足的进步,但对神经性疾病如老年痴呆、帕金森氏症等的治疗却进展缓慢,甚至影响到了对其研究的投入。技术的突破通常是科学研究爆炸性进展的前奏,在生物医学领域尤其如是。1985年PCR技术的发明,使得我们对自身遗传密码DNA的了解突飞猛进。10到20年内,依据个体DNA信息的疾病预测、诊断、治疗等都将有可能实现。在未来,纳米技术也许会是神经生物学、乃至整个生命科学领域的新“神器”,有望革新整个领域的研究手段,甚至实现很多科幻小说中的狂想。

但所有对未来科学发展的预测都是基于现有的知识基础,科学研究的壁垒唯有在打破之后,才知见到的是无限风光,还是又一堵高墙。1989年的《回到未来2》里2015年的世界悬空滑板随处可见,现在看来2025年也未必能有个样品。

纳米技术重要性和潜在的发展是可以预见的,2010年的诺贝尔物理学奖正是授予了纳米材料石墨烯的发现。但在生物医学领域,纳米技术是否真正能够实现科学家的期许,还有待时间的孵育。如果纳米技术真的能够做到记忆提取、控制情绪等诸般科幻狂想,我们该如何节制合理地应用这些技术呢?时至今日,我们已经知道人类与猿猴的基因差异不到5%,与老鼠也不过10%左右,真正让人类与众不同的只有我们的“灵魂”,其外在表现正是复杂的思维、感情与记忆。如果有一天我们可以提取、修改、植入乃至控制这一切,那么人还会是人吗?

文章内容

脑科学发展的助推器

文/Richard Restak 译/丁康吉等

到了2058年,新技术的发展将成为脑科学引起的行为和生活方式变化的驱动力。例如,低廉且容易使用的仪器将使监控与识别内部精神状况成为可能。而这带来的好处是,人们将不再被不受控制的情绪变化所支配,也不会再和自己的情感“失去联络”。由于有了这些仪器,例如外向、利他主义、爱、爱国主义、同情、冒险以及暴力等个性特征,将第一次可以从脑内化学、电子和磁性活动模式的层面上得到了解。这些突破将会在全国范围内激起是否允许为创建一个更和谐的社会,利用这项技术为更多人激发健康的精神状况的讨论。

特殊设计的药物将用于治疗情绪与行为上的混乱。这些药物建立的基础,是对细胞DNA的分析,和对在脑部不同区域的25到30种生化化合物的组织浓度的调控。在开始使用药物前,需要进行一次扫描,扫描的结果会以颜色编码的形式输出。这个结果就等于是脑部的“指纹”,标记了每个病人脑中神经传递素——受体相互作用、血流、电活动以及新陈代谢的独特模式。药物将不仅用于帮助病人感觉好转,还会用于纠正导致各种疾病的、特殊的基因和神经传递素的功能失常。而且由于药物是根据每个病人特别定制的,药物不会有副作用,也不会在病人体内引起任何其他反应。在历史上第一次,脑神经病和精神病的治疗将有可能不仅仅是症状的减轻,而是真正的治愈。

2058年的世界,脑科学应用的进步也不会仅局限在生物学领域。神经弥补学(脑和机器的对接)将会使寻回失去的视觉和听力成为可能。这个突破,是从21世纪初开始的实验研究的巅峰。在21世纪初的研究表明,如果由动物眼睛发出的神经冲动被转轨给动物脑内的听觉而不是视觉皮质,听觉皮层也能够处理这些听觉以外的视觉信号。50年后,这个过程将被充分完善,已能够应用到人体。

一个天生目盲的孩子的眼睛收集的信号将会被无线传输到他的听觉皮层,听觉皮层将会同时处理听觉和视觉信号。一个天生耳聋的孩子会有一个类似的从耳朵到视觉皮层的神经冲动通路,使得视觉皮层可以同时处理听觉和视觉信号。而且由于不需要手术,这两个过程可以安全方便地实施在眼盲和耳聋的婴儿身上。这种拥有实施这个技术的手段与设备的国家,失明和失聪将被基本根除。

伴随这些发展的是“神经元晶体管”的进化——一个融合了活体组织和数字化电子设备的“湿”式生物信息处理方式。植入到脑中的纳米机器人将会提供指定脑部区域活动的反馈。这些微小的机器人的大小只相当于一个活细胞的一小部分,只能在最强力的显微镜下观察到。它们能够提供精确到秒的对脑部的监控。第一代的纳米天线是在2007年获得的专利。到那时,第三代的纳米天线将可以通过接收信号,来中止惊厥性损伤、抑制震颤、以及修复由中风或创伤性脑损伤引起的脑细胞伤害。

另一项纳米技术的应用是使瘫痪患者能够重新获得行走的能力。这是由于把可以自我聚合成纳米纤维——比人类的头发还细数千倍的纤维——的分子注射入脊索,预防了创伤组织的形成,并促使失去或损伤的细胞再生。到2058年,我们可以预期的其他发展包括:

·保持“连接”不再需要手机或计算机。微处理器将小到足以和脑部无线连接,作为一个“智慧助手”来传递如视觉、听觉和触觉等通常的感觉通路之外的信息。

·能够同时监测几个人脑部的成像仪器将会出现。这项新技术将提供一个研究社会互动机理的窗口,可以展示出一个人的脑部活动如何影响其他人的脑。因为心理共鸣会带来类似的脑部活动特征,所以就可以识别出拥有共识和相似情感反应的人群。这样的洞察将导致新型焦点小组的形成,其依据是许多人同时经历类似听一次政治演讲或参加一次总统辩论时的反应。

·由于记忆增强药物的帮助,超级记忆能力将变得普遍。但这也许是喜忧参半,因为精神健康通常需要遗忘而不是牢记,尤其是面对带来心理创伤的经历时。对忘记这些事件能起到帮助的,是可以消除以往的痛苦记忆,并抑制新的类似记忆生成的非处方药。

·脑科学将会对我们长期以来存在争议的、对社会和伦理学问题的理解产生巨大的贡献,这些问题的范围从复杂的(“为什么不论社会成员的财富与教育程度如何,战争在人类历史上始终是每个文明不可避免的疾病”),到相对不重要的(“如何设计一个有针对性的市场营销策略,使之能够充分利用客户对特定广告的脑部反应”),应有尽有。

但是,最大的创新将发生在我们的教育系统。到2058年,脑科学在我们日常生活中的应用将如此广泛而富有影响。从小学低年级开始,关于脑部的教学将变成学校课程的一个常规部分。在21世纪后期,虽然不是每个人都会变成“脑专家”,但对个人和在职场上的成功来说,一些关于脑的知识将会被认为是不可或缺的。

节选自《60位巨人看未来》

中国青年出版社2009年1月

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