觸控光線:老鼠裝上《星際迷航》視覺儀

一種大腦假肢賦予了齧齒動物第六感——一種“看”到紅外線的能力

企業號-D的首席工程師喬迪·拉福格,可以用他的環繞式視覺儀假肢感知大範圍的電磁波譜。現在,一些老鼠已經獲得了這些《星際迷航》道具的真實原型。

杜克大學醫學中心的腦機介面專家米格爾·尼科萊利斯實驗室的研究人員,為齧齒動物配備了假肢,使其能夠“看到”並響應原本不可見的紅外光。這項實驗指向了這樣一個前景,目前這仍然是未來學家們過熱的幻想:增強人類的第六感或第七感,或者像視覺儀一樣,具備探測全電磁波輻射的能力。它也為神經科學家探索不同感官輸入和神經過程的混合,以產生新的感知形式提供了新的途徑。

在2月12日發表於線上期刊《自然通訊》上的報告中,尼科萊利斯和同事們講述了他們如何訓練六隻老鼠完成一項標準的實驗室任務,即當腔室側面的三個孔中的一個亮起時,將它們的鼻子伸入其中一個孔,這個動作會得到一小口水的獎勵。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)然後,他們在老鼠的主要感覺皮層,即處理觸覺的區域,植入了微電極。這些電刺激器隨後連線到一個安裝在前額的紅外探測器上。當動物們回到測試腔室後,實驗再次進行,三個孔中的可見光逐漸被紅外光取代。


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起初,老鼠似乎有些困惑,隨意地戳著腔室中的孔,可能是因為大腦皮層的“錯誤”部分(通常處理觸覺的部分)正在解釋視覺線索的電訊號。漸漸地,它們的行為發生了變化,它們開始像在訓練期間對可見光譜LED做出反應一樣做出反應,這表明它們的大腦正在適應紅外視覺。皮層的同一區域也繼續正常地響應鬍鬚的觸控以及紅外訊號。看看這段用紅外攝像機拍攝的影片

範德比爾特大學細胞和發育生物學教授、感覺和運動系統組織專家喬恩·卡斯說:“這是一篇非常好的論文,它清楚地展示了即使在老鼠身上,主要感覺皮層也具有巨大的潛力,可以在電脈衝傳遞到皮層時使用全新的資訊。”“作者正確地認為,這種傳遞方法可以用來取代失去的感覺輸入,並提供新的感覺能力。”

第六感假肢可以用來加強前五個感官:如果腫瘤損傷了大腦後部的視覺皮層,那麼頂部的初級感覺皮層——仍然被許多神經科學家認為不可改變地硬連線到觸覺——可能會被徵用來處理傳入的視覺訊號。杜克大學的研究人員已經開始對吼猴進行類似的實驗。

該裝置還可以探索大腦增強的可能性。尼科萊利斯說,這些老鼠似乎正在發展出一種新的行為形式。“我能描述的最接近的方式是說它們在觸控光線,因為它們看不到光線,”他說。“它們將這種不可見的光處理成一種新的觸覺形式。因此,它們改變了頭部的移動方式。它們透過頭部掃視來掃描環境以尋找光線,這不是動物感知光線的典型方式。由於能夠感知到新的訊號,它們產生了一種探索性的行為。”

未來的實驗還將評估完全發展的紅外視覺的可能性——為大腦配備相當於夜視鏡的裝置,可以檢測紅外環境的所有對比度和強度。待辦事項清單上還有能夠感知其他形式能量(單獨或以類似視覺儀的組合形式)的裝置——X射線、磁場或無線電波。“試圖理解是否存在極限,大腦是否真的能夠適應結合大量的[電磁]能量並改變我們對世界的感知,這非常有趣,”尼科萊利斯說。

“第六感”假肢符合尼科萊利斯實驗室的其他研究,這些研究正在尋找不僅可以糾正認知缺陷,還可以擴充套件和完善大腦的有機能力的技術——在兩個老鼠大腦之間混合感官知覺是一種可能性(讓人想起瓦肯人的心靈融合!)。還有計劃使用腦控外骨骼讓一名殘疾兒童為2014年世界盃踢出第一腳球。

第六感裝置可能是開發和實施《星際迷航》科學的一小步。不過,尼科萊利斯的超感機器可能還需要一段時間才能讓老鼠在平行宇宙之間切換,就像視覺儀在《星際迷航:下一代》第163集“平行世界”中為沃夫中尉所做的那樣。

Gary Stix, senior editor of mind and brain topics at 大眾科學, edits and reports on emerging advances that have propelled brain science to the forefront of the biological sciences. Stix has edited or written cover stories, feature articles and news on diverse topics, ranging from what happens in the brain when a person is immersed in thought to the impact of brain implant technology that alleviates mood disorders such as depression. Before taking over the neuroscience beat, Stix, as 大眾科學's special projects editor, was responsible for the magazine's annual single-topic special issues, conceiving of and producing issues on Albert Einstein, Charles Darwin, climate change and nanotechnology. One special issue he oversaw on the topic of time in all of its manifestations won a National Magazine Award. With his wife Miriam Lacob, Stix is co-author of a technology primer called Who Gives a Gigabyte? A Survival Guide for the Technologically Perplexed.

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