中芯国际：2019上半年量产14nm工艺进军AI领域
06-06
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本文来自微信公众号“量子比特人工智能”（QbitAI） 作者：封色萧箫 不植入控制装置，能远程“控制”生物大脑吗？近日，《自然》子刊发表的一项研究一发表就成为热搜话题：虽然这次的实验对象不是人类而是老鼠，但很多网友看完后的第一反应是“太危险了”， 《有点反人类》：那么，这真的是一项特别可怕的技术吗？其实这项研究主要是通过一定的技术手段，用特殊的光照射老鼠的头部，激活它的“运动模式”——让它想要游走可以说是真正的身体锻炼（手动狗头），并且，根据斯坦福大学的说法，这是科学家第一次成功地远程控制正常生物体的神经回路。
整个过程没有植入任何装置，对小鼠的头皮和颅骨没有造成任何损伤，同时这不仅是一种技术探索，在神经系统的治疗方面也具有一定的应用价值。
疾病。
下面我们就详细的看一下。
利用近红外光远程控制脑细胞 事实上，利用光控制脑细胞已经是一个比较成熟的研究课题。
其中最典型的技术之一就是光遗传学，它被《科学》杂志评为近十年来“生物领域十大突破性研究”之一，甚至被预测为诺贝尔奖级别的研究成果（它是荣获“诺贝尔奖风向标”拉斯克奖）。
这项技术也是由斯坦福大学提出的。
具体是指将外源性（体内非天然产生的）光敏蛋白基因引入脑细胞中，让脑细胞在细胞膜结构上表达光敏蛋白。
然后，通过用特定波长的光照射这些细胞，就可以控制光敏蛋白的激活和关闭，从而激活或抑制大脑中的神经元，达到“控制脑细胞”的目的。
但是，这项技术一直有一个缺点——必须安装光学植入物，并且必须将光纤系绳插入头骨中。
这是因为光遗传学严重依赖可见光，而大脑是不透明的，无法被可见光穿透。
然而，植入的装置不仅会造成组织损伤，还会限制生物体的自由运动，使得研究生物体自然行为下的脑神经活动变得困难。
在最新的研究中，科学家夫妇最终成功地从老鼠的头部取出了植入的装置。
他们发现了一种近红外光，即nm的近红外第二波段，可以在高度分散的脑组织中保持高穿透力。
如何在不植入光学器件的情况下通过光信号控制脑细胞？这涉及到生物体中一种名为 TRPV1 的蛋白质。
去年的诺贝尔生理学或医学奖授予了它的发现者。
具体来说，它是一种辣椒素（引起灼痛的物质）受体，一种对热和疼痛做出反应的离子通道蛋白，这意味着它对热痛非常敏感。
通过将其植入响尾蛇体内，响尾蛇可以在黑暗中捕猎温血猎物；通过将其植入小鼠的视网膜锥细胞中，它可以赋予小鼠在红外光谱中看到的能力。
然而，科学家将这种热敏分子植入小鼠神经元后，发现它对近红外光的热信号不起作用，因为光热信号仍然太小。
这里的植入是指用封装TRPV1的腺病毒转染靶神经元，即将DNA、RNA或蛋白质导入细胞内。
因此，他们设计了一种名为MINDS的“传感器”分子，专门用于吸收和放大红外光。
这样，整个系统的原理设计就完成了。
希望能够用于治疗神经系统疾病。
将进行进一步的实验来检验该理论是否可行。
科学家夫妇首先在小鼠大脑运动皮层一侧的神经元上添加TRPV1通道，然后注射MINDS分子，最后观察小鼠的行为。
△ 秃头的老鼠，更容易让光线穿透。
他们惊讶地发现，当栅栏上方1m处的红外灯打开时，起初只在小范围内活动的老鼠立即开始盘旋，大大增加了它们的活动范围。
黑线代表照射前的小鼠活动轨迹，红线代表照射期间，灰线代表照射结束后。
对照组的小鼠没有表现出这种反应。
换句话说，近红外光可以刺激小鼠的大脑运动细胞。
他们还将这两种分子注射到小鼠表达多巴胺的神经元中。
两天后，他们在小鼠停留的Y形迷宫中放置了一个红外光聚焦装置。
结果发现，小鼠对能够刺激多巴胺神经元的红外光“上瘾”，并且在光下停留的时间最长。
△不同颜色代表小鼠停留的时间。
红色持续时间最长。
好吧，它又起作用了。
运动神经元位于大脑顶部，多巴胺神经元位于大脑底部，这也说明这种由近红外光控制的非侵入性方法对大脑任何区域的神经元都有效。
据论文通讯作者洪国松介绍，这项研究的目的主要是利用这种非侵入性的方法来实现神经科学中最大的未满足的需求之一——让小鼠能够自由活动（比如社交）。
观察并记录大脑深处特定脑细胞和回路的功能。
此外，这种方法还有助于更好地理解人类认知系统。
如果这项技术最终成熟，它可以在临床上用于调节患者大脑中的特定神经元回路，治疗一些神经系统疾病，例如癫痫。
有网友仔细阅读了这项研究后提出，这些研究不仅是探索神经元功能非常重要的研究工具和方法，而且为研究大脑提供了极其重要的基础：有网友希望它能用于更多领域研究。
用于治疗许多疾病，例如阿尔茨海默病。
该研究来自中国团队。
这项研究由斯坦福大学洪国松团队和新加坡南洋理工大学浦坎一团队完成。
作者有两位，一位是斯坦福大学博士生吴翔，另一位是南洋理工大学姜玉燕。
通讯作者为斯坦福大学材料科学与工程学院、吴蔡神经科学研究所（吴明华-蔡崇信夫妇捐赠更名）助理教授洪国松。
毕业于北京大学本科，后获斯坦福大学化学博士学位。
随后前往哈佛大学从事博士后工作，并于2001年加入斯坦福大学。
目前的研究方向是材料科学和神经科学。
△洪国松联名通讯：作者是蒲坎人，新加坡南洋理工大学副教授。
毕业于华东理工大学，获学士学位。
获得复旦大学硕士学位后，获得新加坡国立大学博士学位，并在斯坦福大学进行博士后工作。
他的研究方向是高分子材料和生物材料，包括纳米技术等。
两篇通讯作者论文的引用次数也在0+以上。
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