搭建未來(lái)的“腦聯(lián)網(wǎng)”
——“腦對腦接口”讓遠隔千里的小鼠做出同樣選擇
新視野
最近，來(lái)自美國、巴西和中國的科學(xué)家首次在小鼠身上實(shí)驗了一種“腦對腦接口”（BTBI），用微電極陣列將兩只小鼠的大腦接通，讓它們直接交流以解決簡(jiǎn)單的行為難題。通過(guò)多組精心設計的實(shí)驗，研究人員發(fā)現感覺(jué)運動(dòng)信息不僅能腦間共享，還能遠程傳輸，兩只小鼠即使遠隔幾千英里，也能做出同樣選擇。
研究人員指出，實(shí)驗證明了“腦對腦接口”能在一對腦或多腦網(wǎng)絡(luò )之間實(shí)現信息交流、處理和存儲，由此可作為研究新型社會(huì )互動(dòng)、生物計算設備的基礎。相關(guān)論文發(fā)表在2月28日的《科學(xué)報告》雜志上。
從“腦—機接口”到“腦對腦接口”
“我們以往研究腦—機接口，在實(shí)驗中我們發(fā)現小鼠大腦比以往認為的更有可塑性。它們的大腦能輕松地適應和接受來(lái)自體外設備的輸入，并學(xué)習著(zhù)處理那些人工傳感器產(chǎn)生的看不見(jiàn)的紅外光?！闭撐念I(lǐng)導作者、杜克大學(xué)醫學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)教授米格爾·尼科萊利斯說(shuō)，“所以，這次我們的問(wèn)題是‘如果大腦能理解來(lái)自人工傳感器的信號，那它是否也能理解另一個(gè)身體發(fā)出的感覺(jué)信息？’”
為了檢驗這一假設，研究人員先訓練小鼠們完成簡(jiǎn)單的選擇題：根據指示燈按下正確的杠桿。左右兩個(gè)杠桿上方都有指示燈，哪個(gè)燈亮就按下哪個(gè)，如果選對了，就給它一口水喝作為獎勵。
下一步，他們用微電極陣列植入小鼠腦部處理運動(dòng)信息的皮層區，并把兩只小鼠的電極連接起來(lái)。其中一只作為編碼器，另一只作為解碼器?！熬幋a鼠”負責接受視覺(jué)信息，即根據指示燈決定該按哪個(gè)杠桿，按對了才能得到獎勵。當它按下了正確的杠桿后，它的大腦會(huì )為這次行為決策編碼，將其轉化為電流刺激模式，直接發(fā)送到它的搭檔——“解碼鼠”的腦中。
“編碼鼠”和“解碼鼠”的合作
兩只小鼠分別關(guān)在不同的“小房間”里。對于該按哪個(gè)杠桿，“解碼鼠”并未看到任何指示線(xiàn)索，因此，要想按下正確的杠桿得到獎勵，它只能依靠“編碼鼠”發(fā)出的信息，而這些信息是經(jīng)由腦對腦接口傳入“解碼鼠”腦中的。
當“編碼鼠”執行二選一任務(wù)時(shí)，它的腦活動(dòng)以一種皮層內微電流刺激（ICMS）的方式，傳遞到“解碼鼠”腦中相符的皮層區，解碼鼠則會(huì )按下相同的杠桿。研究人員檢驗了“解碼鼠”的破譯成功率，即根據“編碼鼠”腦電輸入按下正確杠桿的成功率。結果發(fā)現最大成功率達到了70%，只比理論值略低一點(diǎn)，理論計算的最大成功率為78%。
尼科萊利斯還指出，這種腦對腦接口（BTBIs）允許雙向交流，這一點(diǎn)很重要。如果“解碼鼠”選錯了杠桿，編碼鼠將不能得到全部獎勵。由此導致了這對小鼠之間建立起一種“行為合作”關(guān)系。
“我們看到，當‘解碼鼠’犯錯時(shí)，‘編碼鼠’幾乎也會(huì )同時(shí)改變它的腦功能和行為，使之更簡(jiǎn)單，以便讓它的搭檔做出正確選擇。編碼鼠會(huì )改良代表決策的腦活動(dòng)的信噪比，使信號更清晰而易于探測?！?nbsp;尼科萊利斯說(shuō)，“它會(huì )做出更快、更清晰的決策，選擇正確的杠桿按下去。當‘編碼鼠’調整后，無(wú)一例外地‘解碼鼠’做出正確選擇的概率也會(huì )變高。這樣一來(lái)，它們兩個(gè)都會(huì )得到更多獎勵?！?div style="height:15px;">
第二組實(shí)驗是用胡須辨別洞口的寬窄：如果洞口狹窄，小鼠要用鼻子碰一下房間左側的水口，就能得到獎勵；如果洞口較寬，則碰右側的水口能得到獎勵。然后，研究人員訓練“解碼鼠”把“刺激脈沖”和“左邊水口”聯(lián)系在一起，即有腦電脈沖時(shí)，選左邊的水口能得到獎勵；沒(méi)有脈沖時(shí)，選右邊水口能得到獎勵。
在實(shí)驗中，當編碼鼠探測到洞口為“寬”時(shí)，把它的選擇傳給解碼鼠，由此解碼鼠選擇正確的概率為65%，明顯高于隨機選擇。
“千里之外”和“群體之間”的默契
為了測試腦對腦通訊能達到多遠，研究人員還將一只“編碼鼠”帶到了巴西，放在納塔爾的埃德蒙與莉莉·薩弗瑞國際神經(jīng)科學(xué)研究所（ELS-IINN），通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)把它的腦信號傳給遠在美國北卡羅來(lái)納州杜克大學(xué)的“解碼鼠”。這兩只小鼠仍能共同合作，完成這項觸覺(jué)辨別任務(wù)。
“兩只小鼠不在同一個(gè)大陸時(shí)，會(huì )產(chǎn)生噪音傳輸和信號延遲。即使這樣，它們仍能保持溝通交流?！闭撐牡谝蛔髡?、博士后米格爾·派斯-維埃拉說(shuō)，“這告訴我們，造出一個(gè)由身處不同位置的動(dòng)物的大腦構成、行之有效的腦網(wǎng)絡(luò )是可能的?！?div style="height:15px;">
尼科萊利斯補充說(shuō)：“這些實(shí)驗證明，我們能在鼠腦之間建立起復雜的直接通訊連接，即由‘一個(gè)中心、兩個(gè)大腦’組成的神經(jīng)系統?！獯a鼠’的大腦就像一種‘模式識別’設備。從本質(zhì)上說(shuō)，我們是在創(chuàng )建一種會(huì )解決問(wèn)題的‘有機計算機’。但是在此，輸入的不是指令，而是代表‘編碼鼠’決策的腦電信號，‘解碼鼠’則憑借這一信號來(lái)解決問(wèn)題?！?div style="height:15px;">
