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生物芯片技术在科幻与现实中交汇

时间:2017-09-05 [] 浏览次数:

  预测:进步的迷惑

  电影《黑客帝国》别出心裁地以接电话的形式,完成数字身体与有机身体的合一。

  在科幻世界中,生物芯片被赋予了相当丰厚的意义。尽管其往往含有某种技术悲观主义色彩,但却等同于一个提示语:安装了生物芯片的未来机器人,或称为人机交互,将进入一个新模式,即第三时代。在这一时代中,新技术让它超越了一直以来仅在自身进行的外拓,而发生今天的现实所无法达到的惊人内爆。这一技术上的变化,崩离了原有社会的规范和人体的结构,更有可能冲击并考验着人们道德与情感的最后极限。引用一句话来概括:这不只是后现代的,它还是后人类的——它不只是解构秩序,还将解构人本身,从内到外。

  技术之现代启示录

  《黑客帝国》这部电影的伟大,不仅在于它把现今的高科技运用了个够,其还把未来的高科技预测了个遍。

  影片中体现的人机交互,其实比较贴近今天科学家们的预言:一种人脑与电脑的信息融合,突破了在有机的身体和钢铁的机器之间的生理界限,人们重新定义自己的“身体”,因为人脑与身体被数字DNA机器插入后,得以多出一个新形式——有机身体外的数字身体。

  这是人与机器合二为一的最终结果,芯片彻底侵入人的感官终端,相互兼容的人与机器之间也互为你我、互为内容,并相互依存、补充和延伸,其中一个死了,另一个也跟着消亡,主人公尼欧的两个身体如同彼此的寄居对象。

  但一般科幻作品中的人机战士,通常为机械替代了部分人的肢体,赋予人以机器的部分功能,“阿童木”或也能算个例子。

  机械替代在现实领域并不罕见,人类已大有作为。医生们解决了植入物与肉体的融合难题,比如心脏起搏、钢骨植入甚至人造器官之类。IT技术更超前,有机物质分子早于2005年就已开始进入电脑集成电路系统,相当于10万分之一硅片集成电路的蛋白质集成电路,据说其运转速度已远快过人脑的思维速度:电脑生物元件不仅密度比大脑神经元密度高100万倍,信息传送速度也比人脑思维速度快100万倍。这让人们相当期待基于神经网络的仿生计算机。

  美国微软公司曾以报告形式声称,人与计算机之间的生理界限将在10年之后彻底消失。这恐也不算夸大其词,因据报道,可植入人手虎口部位皮肤之下的芯片已问世。且在该技术中,生物芯片或称之为DNA存储器已达到能与人体人脑结合的水平,不仅可以从人体吸收营养,并可听从人脑的指挥。如果赋予这种芯片信息和意识功能,几乎可以算《黑客帝国》的简易版本。

  人们一方面不断呼唤着有智慧、可成长和可控制的数字生命,而另一方面,诚如《2001太空漫游》、《A?I》等科幻电影所阐述的,我们对工具理性或技术的发展其实颇怀疑,担心此类技术继续疯狂异化,达到人所无法控制的地步。但辩证法有趣地告诉我们,既然该技术已经可以与人类意识“合谋”,只要人类不想自毁,我们的忧虑岂不是多余?

  发展之主动进化论

  有学者概括了科幻作品中人类未来的主动进化方向,依其改变可以划分为三种:纯机械、人及混合以及最后源于自我意识的形式。这三种方向其实就是生物芯片与人类的不同结合模式。

  主动进化的理论认为,随着欧洲文艺复兴,现代解剖学、生物学、神经学的逐步建立与完善,人类开始对自我有了一个科学的认识,于是我们人类也从一个缓慢被动进化的时代,开始过度到一个全新的主动快速进化时代。

  或许称其为“由人类自己掌控进化的时代”言之过甚,但随着人类认知与科技的进步,人类自我意识的觉醒,人类会逐步的掌握自我改造的科技与能力,而且其掌握这种科技与能力的速度是以几何级数字增长的。因而人类未来主动进化速度之快,可能会完全超出我们的想象。在相对很短时间内,人类就会自我进化到和被动进化时代的人类完全不同的形态。

  回到那三种主动进化方向来看。第一种纯机械中,有一部分人类相信科技才是一切力量的来源。未来恶劣环境产生的冲突,甚至不同宇宙文明之间无可避免的碰撞,以及人类自身对力量的渴望,最终会把这一部分人类完全的机械化,并还会进行永无止境地改造、优化。就相似性来说,虽然在可预计的范围内,这部分人类还会按照自身特点需求进行工种划分,但他们的外形和我们现代的人类已无半点相似。

  第二种是人机混合进化方向。这类型人从外表看应该对我们过去的身体很是怀念,但同时也无法抗拒科学机械的巨大的诱惑,以及环境和生存磨砺的考验。他们尽可能地保持人类原有的外形,并尽可能保留原来部分的身体,虽然那些部分的身体已经是做了完全的改造与强化,但最少在表面上看上去与过去差别不大,还有人形。这可说是人机之间寻找着一个合适的平衡的阶段。

  这一类型在电影中是最多见的,因为无论是理论还是技术都较容易实现。如风靡一时的《未来战警》,不但连拍了五部,还被改编成电脑游戏。Murphy是一位优秀的警官,在一次任务中身负重伤,科学家为了挽救他的生命把他的脑部移植到了机器人身上,从此他变成了一个所向披靡、除暴安良的机械战警。

  第三种进化方向比较玄幻,其主角的真正力量来自于自我的意识。或许其可能也会借助科技的手段,但其会更多地通过意识主动去改变自己身体的构造,以适应宇宙生存和冲突的需要。虽然最难想象,但理论学派认为他们可能代表人类未来进化的最终方向。

  这些科幻思路现在或许只是先行者之见,但美国“人机认知研究所”的研究人员甚至认为,利用“大脑接口”,美国陆军游骑兵部队有朝一日或许可拥有360度的无障碍夜视能力,海军的海豹突击队员则可在水下保有正常的视线之余,以大脑感受声纳,令他们拥有近似猫头鹰、蛇、鱼一般的敏锐感官。这几乎使科幻小说描述的情节化为事实。

  至于我们,在欣赏电影和小说的时候可以赞叹英勇的超人类,但如果有一天这种机器和人的“合成品”变成朋友、家人或者自己……人们立刻不寒而栗。而这就是2.0版人类的困惑。

  技术:科幻到现实

  在美国华盛顿大学的一间实验室里,一只猴子安静地坐在长凳上,五颜六色的电线环绕在它的头部和手腕上,这些电线的末端连接着计算机和各式各样的仪器,它所要完成的任务很简单——用手去握住不远处盛放着果汁的杯子并将其拿起来。实验开始了,起初猴子的手腕活动显得十分笨拙,杯子总是不断地被它打翻。旁边的研究人员似乎都有些失望。而十分钟后,事情出现了转机,虽然动作仍然较为迟缓,但它已经能够控制手腕的运动并将杯子成功拿起。这种看似再也简单不过的事情,对这只手腕瘫痪的猴子来说却是一次惊人之举。

  原来这是生物芯片技术实验的一个部分。实验前,研究人员通过麻醉将这只猴子的上肢神经通路阻断,由于大脑发出的信号不能到达手腕,其上肢肌肉就暂时处于瘫痪状态。而帮助猴子绕过受阻的神经通路,继续完成大脑发出的指令的就是它周围的那些仪器和电线以及植入其体内的生物芯片。

  生物芯片这个看似极具科幻色彩的设备其实早已走进了生物物理学家的实验室。在干细胞技术方兴未艾的今天,不少研究人员的注意力都集中在神经纤维再生上。但仍有一些科学家坚信生物芯片技术也是一朵“能结出果实的花”。研究人员设想在相应区域通过植入电子芯片的方法来记录神经活动,而后通过对相关神经信号的解码计算出大脑的意图,再通过无线系统对安装在体内的电极发出指令,产生电脉冲刺激,最终使肌肉活动。

  如果这一设想最终被证实,依赖这种生物芯片不但能使瘫痪症患者重新站起来,还能使盲人恢复视力,让聋人听到声音、阻止癫痫发作等。

  2003年:猴子“意念”玩游戏

  最早的先驱者大致可以追溯至2003年,美国杜克大学的何塞?卡梅纳创建了第一个“脑机接口”。研究人员在猴子的大脑中植入芯片,让它们玩简单的电脑游戏,为了获得食物奖励,猴子们必须通过控制操纵杆将电脑屏幕上的光标移动到目标位置。当猴子玩游戏时,研究人员用电脑读取从芯片中传回的信号,并寻找一定的模式。在该芯片系统破解了猴脑神经系统的“语言”后,研究人员去掉鼠标,发现猴子完全能用思考来移动光标。

  2004年:芯片植入人脑

  通过“大脑芯片”完成日常活动甚至更复杂的活动这一问题则在2004年被美国Cyberkinetics生物医学公司破解。该公司的约翰?多诺霍和他的同事将一个瓶盖大小的芯片植入了一位四肢瘫痪的美国前高中足球运动员的头骨内。该芯片含有100个微型传感器,能使这名男子仅用思想就可以完成简单的事务或进行简单的电脑游戏。在随后的9个月这位被称为MN的男子,已能借助该芯片打开电子邮件、遥控电视和假肢。不过,对绝大多数瘫痪症患者来说,最大的愿望还是能够恢复自己四肢的运动能力。

  2008年:大脑间接驱动肢体

  第一个用芯片的方法链接大脑和身体的神经通路的还是文章开篇所提到的华盛顿大学。该校生物物理学家爱博哈德?费茨去年10月的这次试验使大脑皮层内部独立的神经元成功地绕过了被屏蔽的神经回路,重新恢复了对肌肉的控制。对不少因脊髓受损而瘫痪的患者来说,这无疑是一个振奋人心的消息。这种功能性电刺激法(FES)让大脑驱动瘫痪的四肢成为了可能。但这种脉冲刺激仍然需要额外的触发器,就好比是一个开关必须由患者一个健康的肢体控制一样,实质上也不是直接由大脑控制的。费茨的实验不仅证明了电子器件可以解码神经信号并利用FES控制四肢,还显示大脑对电子器件的适应能力比人们预想的要好的多。

  2009年:虚拟胡子让感觉电子化

  但是对于许多失去知觉的患者来说,这样的技术只能解决一半的问题。失去知觉的瘫痪患者在使用神经芯片系统行动时仍需要通过双向系统将感觉传回大脑。虽然这种信息可以来自于人工感受器,但最理想的方法还是通过芯片直接读取现有神经的感觉信号,并将其回传至大脑。这方面的进展虽然十分缓慢,但也不乏让人看到希望的成就。今年5月,美国加州大学伯克利分校的研究人员利用植入芯片成功使一直小鼠产生了“虚拟胡子”的感觉,从而对其的行动进行间接控制。在未来的某一天,类似的技术或许也能应用于人体之上。

  障碍:安全与法律

  就目前来看,在生物芯片技术的临床应用上各国的态度仍较为谨慎。美国食品和药品管理局要求生物芯片技术在应用于人体之前必须经过为期长达10年的动物实验,以确定其安全性。而技术的升级换代不会停下脚步,这意味着随着时间的推移,新技术将不断被应用于生物芯片疗法当中。因此,在临床实验前研究人员的测试工作也将会变得更为繁重。

  人们对安全问题的担忧首当其冲。据英国《新科学家》杂志报道,去年3月,一个研究团队曾通过无线方式成功侵入一个心脏起搏器和除颤器,以使医生对其性能进行调整。虽然在调整时这样的起搏器不会被植入人体,但在这次实验之后,一种颇具科幻色彩的设想或许会成为现实——别有用心的黑客将有可能通过类似的技术侵入人体内的电子设备,甚至完全获得该设备的控制权。对主要依赖无线通信方式连接各个组成部分的神经假肢而言,一旦系统被非法侵入,后果将不堪设想。

  与技术问题相比,因生物芯片技术产生的法律问题也许会更为复杂。在现在看来再简单不过的一起人身伤害案件,一旦有装有神经假肢的人参与其中,就会立即变得扑朔迷离。首先,产生这一行为的原因会极其多样:有可能是嫌疑人出于主观故意,也有可能是植入的控制芯片出现故障或被黑客控制,嫌疑人意志无法控制其假肢。随之,相应的责任方也将完全不同,可能是嫌疑人本人,可能是植入设备制造商,也可能是黑客或其他人。以目前的侦破手段,要将如此复杂的事件还原并梳理清楚将十分困难。

  就如同你很难对一辆自动驾驶的汽车开出罚单一样,如何对有电子芯片和无线网络参与的人类肢体活动进行有效约束在未来将成为司法系统史话:

  打响“第一枪”的一大挑战。

  凯文?沃里克成功地将置于微型玻璃管内的硅芯片植入了自己的手臂,成为世界上第一个体内携带芯片的人。

  伴随人工智能飞速发展而来的是呼之欲出的“人工智能战争”,即宇宙主义者和地球主义者间的“战争”。宇宙主义者是指那些想看到人工智能被制造出来的人,而地球主义者则是那些认为人工智能机器对人类生存具有潜在威胁而不应被制造的人。

  被称为“人工大脑之父”的雨果?德?加里斯博士与被加里斯定义为地球主义者的凯文?沃里克博士在瑞士的一个国际会议上“打响”了人工智能战争史上的“第一枪”,也拉开了一场将发生于21世纪晚期的,关于人类是否应制造人工智能机器,而爆发于两大人类集团——宇宙主义者和地球主义者——之间假想的战争的序幕。

  加里斯认为双方都将以极大的热忱投入其中,或将引发空前的“大规模”死亡,消耗掉数十亿人的生命。

  而沃里克则倾向于选择一种折中的方式,以避免这一战争的发生。即通过技术将自身改良为“半机器人”,将人类转化为人工智能机器,获得加里斯所说的“神”一样的力量,而不必再承担“大战”的威胁。就如他所说的:“不是让超级智能人工大脑反对人类,而是我们加入他们。”

  探路:电子人登场

  硅制芯片上100根头发粗细的电极可与凯文?沃里克的手臂神经相连,以接收神经脉冲信号。

  1998年8月,学术界争议颇多的“电子人”出现了,英国雷丁大学的控制论教授凯文?沃里克成为“第一个吃螃蟹的人”。他成功地将置于微型玻璃管内的硅芯片植入了自己的手臂,成为世界上第一个体内携带芯片的人。

  在长达9天的试验中,沃里克一直享受着“帝王式”的待遇:大门在他面前会自动打开,电脑会向他问好,实验室的灯也会随他的出现而自动亮起。沃里克也因此迈入了美国《连线》杂志评出的世界上知名度最高的科学家行列。

  2002年3月,沃里克再次接受了“具有革命意义”的外科手术。医生花费2个小时,将一枚长3毫米的硅制芯片植入了他左腕的皮肤下。芯片上的100根头发丝粗细的电极与他手臂主神经相连,以接收神经脉冲信号。随后,研究人员通过芯片、信号收发装置和计算机,将沃里克的神经系统与其妻子伊蕾娜的神经系统相连接,以确定沃里克移动手指所发出的神经信号能否让伊蕾娜的手指也发生移动。沃里克希望通过对神经信号的研究,能使特定疾病的患者借助远程控制恢复部分自身的行动能力。

  医学家们表示,希望这项研究能够最终为医学界带来新的突破,如使肢体瘫痪的人们重新恢复自由行动的能力。沃里克教授则表示,“电子人” 有可能为科幻世界打开新的大门,也许有朝一日,人类的大脑能够利用外部植入的记忆芯片等进行升级。而著名物理学家、美国科学院院士斯蒂芬?霍金也认为,想让生物体优于电子体,只有两条出路:一是人类通过基因工程来完善自己的基因;二是将计算机和人类大脑合为一体,提高人类的智能。霍金说:“与人类智能不同的是,计算机的效率每18个月提高1倍。因此,不排除它们有一天会征服世界。”

  四大应用领域:

  向人体内植入微芯片这种高科技医疗技术,被学界称为神经修复,通称为“仿生学”。其不仅可用于治疗瘫痪,还能用于耳聋、失明、帕金森综合症和癫痫等病的医治。目前部分的植入体已可以“思考”,它们能通过微芯片技术和大脑共同运作,向电子体发出复杂指令,并监测大脑的活动。

  耳聋

  神经修复中最常施行的是耳蜗移植,用以恢复深度耳聋病人的听觉。病患可以通过人工耳蜗探测到声波,并借助其与听觉神经连接形成信号。在这种情况下,耳部受损的部分就可以完全被绕开,不再对耳聋病人的听觉造成影响。而将德国医用电脑公司制成的“电脑传感芯片”放在聋哑人耳边,就可使聋哑人听到声音,继而学会说话,逐步恢复语言能力。

  帕金森综合症

  部分的帕金森综合症患者已植入了深层大脑刺激系统,通过该系统可对病患的一些颤抖症状进行控制。虽然这一手术带有一定的风险,但新的研究表明,患者可通过使用这一设备,获得至少4.5小时的“感觉良好”时段。而脊髓受伤的病患也可通过植入仿生膀胱,自行控制小便的排放,避免小便失禁。

  癫痫

  像“大脑起搏器”等设备可以发送规律的电子脉冲至大脑中相关的部分,以帮助患者控制由神经元引发的抽搐现象。虽然此类手术仍在实验阶段,但已获得部分可喜的进展。

  失明

  视网膜修复术已经在缺失将光信号转成神经信号能力的盲人身上得到了测试。视网膜为眼球最内层的神经膜层,其在感受光线并产生影像后,会将信号经由视网膜神经纤维,沿视神经、视交叉、视放射传送进入大脑枕叶;大脑枕叶的“视觉皮质”可辨识由眼球传入的讯息。通过手术能将仿生学芯片植入大脑、视网膜、视神经,甚至是视觉皮层中,通过电路与大脑通信,达到恢复盲人部分视力的目的。