疯狂科学家锯开自己的头颅，埋入电极窃听大脑，曾创造了首个“人脑机器”
2017/10/9 医学界妇产科频道
大写的“服气”。
来源｜SME
在历史上，拿自己身体做实验的科学家不在少数。
如喝黄热病患者呕吐的斯塔比斯、直接干了幽门螺杆菌培养液的马歇尔、还有拿导尿管插进自己心脏的福斯曼等。
这些对自己这么狠的科学怪人虽看似疯狂，但也在一定程度上推动了科学的发展。
马歇尔和福斯曼，分别获得了2005年和1956年诺贝尔生理学/医学奖
随着科学实验的日渐规范，这类不按套路出牌的科学家也更加少见了。
但让人意想不到的是，2014年美国有一位年近7旬的神经学家菲尔·肯尼迪竟锯开了自己的头骨，往大脑内植入了电极。
他这么做是为了打造一个语音解码器，可以让不能发声的患者，通过脑机接口(BCI，Brain Computer interface)的方式重新“发声”。
菲尔·肯尼迪(Phil Kennedy)
在这之前，他已经在这个领域研究了近30年，并获得了一定成果，是首屈一指的神经学家。
上个世纪90年代，他研发的“侵入式”脑机接口就曾让一位严重瘫痪者学会了用大脑控制电脑光标打字“发声”。
当时整个科学界为之一震，许多媒体还称他为“半机器人之父”。
但是后来因一直找不到实验对象，资金也几近枯竭，他才出此下策对自己大脑开刀。
美籍爱尔兰人菲尔·肯尼迪，从小就对人类神秘的大脑充满兴趣。
后来即使已经当上了医生，他还是重返校园获得了神经学博士学位。
在这之后，他便在乔治亚理工学院带领着一个实验室，发明了一种可以长期内置于大脑的特殊电极。
在历史上，靠植入电极破译大脑信号的实验其实不少，但缺点也非常明显。
例如上个世纪八十年，神经学家们就已经靠植入电极的方式，读取到了猕猴大脑运动皮层的信号。
当研究者将这些信号取平均值时，就可以知道猕猴想要往哪边挪动四肢。
但是这个实验却有一个非常致命的缺点，就是接收到的信号极其不稳定。
首先无论是人的大脑，还是猕猴的大脑其介质都呈胶状。
普通的电极植入时很容易发生游离，跑到非设定的区域。
而且尖锐的金属很容易碰伤细胞，最后整个电极会黏在疤痕组织上，信号很快便会完全消失。
所以类似这样的植入式电极，几乎是一次性的，并不能长期留在大脑内。
这也使实验进程严重受阻。
菲尔·肯尼迪
但菲尔·科尼迪发明的电极却不同，不但比以往的植入电极安全，还可以长时间内置于颅内。
他将一些聚四氟乙烯*包裹的金属线粘到玻璃锥的内部，而这个玻璃锥里面还有另外的生物材料人工基质膜(matrigel)和神经生长因子。
*注：聚四氟乙烯，这种材料具有抗酸抗碱，几乎不溶于所有的溶剂的特性，且摩擦系数极低，可以起润滑作用。
肯尼迪发明的“亲神经电极”结构图
其中最关键的是神经生长因子，它能诱导神经细胞在电极周围生长并主动将其覆盖，就好像被藤蔓缠绕一样。
所以，肯尼迪也将其命名为“亲神经电极”(Neurotrophic electrode)。
这样被植入的电线就能长时间地被留在固定位置。
研究员也能持续地接收到受试者大脑的信息，更方便于长期的实验。
就是这么一个突破，使他在今后的研究都与大脑密不可分。
在经过大量的动物测试后，肯尼迪的亲神经电极不但获得了专利，还通过了FDA(美国食品药品管理局)的审查。
1996年美国FDA也批准肯尼迪可以将电极植入到无法说话或者闭锁综合征*患者的脑内。
*注：闭锁综合征指患者虽然意识清楚，但是却不能说话不能活动的特殊表现，如中风导致的脊髓损伤、帕金森和渐冻症(ALS)等。
1998年，肯尼迪迎来了那位使自己一炮而红的志愿者约翰尼·雷，52岁的越战退役老兵。
他因大脑中风而全身瘫痪，需要依赖呼吸机生存，与人沟通只能通过眨两次眼表示“是”，一次表示“不是”。
因为雷的大脑无法控制自己的肌肉，肯尼迪则设法让雷的脑部信号再次与“肢体运动”产生联系。
核磁共振成像(fMRI)
他首先把雷放进磁共振成像仪中，让他想象自己在移动左手。
之后便根据拍出的功能成像图，选取出电极植入的最适位置。
植入电极后，电脑会解释雷从运动皮层传来的脑信号，再将其翻译成动作。
在经过每周三次，长达九个月的训练后，约翰尼·雷也从昔日只能用眨眼说话，变成了能靠意念打字的“半机器人”。
肯尼迪在教雷控制电脑光标
他可以通过思考来控制屏幕上的光标，只要想象一下点击鼠标的手势，字母便能被选出。
当雷从屏幕键盘中非常缓慢地逐字拼出肯尼迪的名字(Phil)时，肯尼迪几乎激动地说不出话来。
当时这个实验，也几乎引起了整个科学界的震动，全美乃至全世界媒体都在报道。
因为肯尼迪是首次成功将电极植入人脑的神经学家，所以他也获得了“半机器人之父”的称号。
约翰尼·雷靠意念控制电脑光标的过程(光标只能从左到右)
但是好景不长，自那以后肯尼迪的研究也开始走下坡路。
1999年到2002年间，他将电极植入两位闭锁综合征患者大脑中，都以失败告终。
一位是因为切口无法闭合，不得不摘除植入物，而另一位则是疾病迅速恶化，导致无法记录数据。
更绝望的是，2002年，那位曾经让他红遍科学界的志愿者雷也死于脑动脉瘤。
不过肯尼迪不但毫不气馁，反而还越挫越勇。
经过多年的研究，他对脑机接口的认识也更加清晰，还想来点新的尝试。
之前关于患者雷的脑机接口实验，其实与肯尼迪心中想要的语言解码器还是有较大的出入。
从本质来说，雷是通过选取字母的方式，来完成表达的。
和用追踪眼球运动的选字方式相似，不同的是雷连眼球都不用动，只靠想的就行了。
但肯尼迪最希望的是能让患者像健康人一样正常发声说话，而不是靠“打字”。
眼球追踪
发声，在我们看来虽是一个极其简单的动作，但是整个流程下来至少要调动100多次肌肉(包括横膈膜、舌头嘴唇等不同部位)的收缩与舒张。
整个过程比普通的肢体运动，如动眼球、取物等要复杂得太多。
想要制成肯尼迪那种“会发声的假肢”，则需要极其精确和细致的电极信号编排。
拉姆齐Erik Ramsey，16岁时因车祸全身瘫痪
但肯尼迪说干就干，2004年他便把植入物放进志愿者拉姆齐的大脑中。
这次肯尼迪也没有把电极植入控制手臂和手掌的运动皮层，而是将电极埋进拉姆齐大脑的另一个区域。
这个区域能传递信号到嘴唇、下巴、舌头和喉部的肌肉，放便实现真正的“发声”。
肯尼迪与拉姆齐及其家人
通过这个装置，肯尼迪还真的教会了拉姆齐用合成器发出了简单的元音。
但是问题也随之而来，因为肯尼迪根本无法知晓拉姆齐的发声是否和他脑海里想的一致。
他虽然和雷一样都因中风全身瘫痪，但他比雷更不幸，后来还患上了眼疾。
所以，他也不能用眼球向肯尼迪传递“是”或“否”的信息。
就这样实验陷入僵持，而拉姆齐的健康也每况愈下，无法再参与研究。
随着时间的流逝，他的研究计划陷入了破产的边缘。
因为开不起工资，他也只能遣散了实验室的工程师和技术人员。
与此同时，一直帮忙做电极植入手术的外科医生也去世了。
最后，只剩下肯尼迪自己一人孤军奋战。
但他还是坚信，只要能找到另一位合适的志愿者，他就能再一次实现突破。
他的理想受试者是渐冻症(ALS)的早期患者，因为只有这样才能避免过去实验中出现的种种状况。
只要受试者还能够说话表达，他就能记录下神经元发出的信号，并了解哪个发音跟哪个神经信号有关联。
而且重点是，早期ALS患者生命也会长些，实验也能获得更多的数据。
最出名的渐冻症霍金还能含糊说话的时期
但偏偏就是屋漏偏逢连夜雨，肯尼迪还没找到他的理想患者之前，FDA就撤销了他植入电极的合法资格。
他被要求证明自己的实验是无菌、安全的才能继续做人体实验。
但是连实验室的门面都撑不住了，他哪里有钱完成这些证明。
所以他也说“这相当于被禁止在病人身上做实验”。
那时候的肯尼迪没有赞助、失去政府开的绿灯，实验室的人也已遣散。
在这样的情况下，肯尼迪只能剑走偏锋，“大不了，就在自己身上做”。
为了躲开FDA的监管，2014年他前往伯利兹，自费2万5千美金聘请了一位外科医生帮助他完成电极植入手术。
不过这12个小时的手术并不太顺利，肯尼迪醒来时竟失去了说话的能力*。
*注：因为在开颅过程，血压会激增，导致了大脑肿胀，所以肯尼迪会陷入瘫痪一段时间。
但肯尼迪是一点都不虚，他表示这个危险他早就料想到，已有心理准备。
医生在肯尼迪脑部植入电极的记录
副作用很严重，然而肯尼迪只休养了几个月后，便又开始了另一场长达10小时的手术。
这一次，肯尼迪的脑内也成功地被植入了多个电极。
手术过后，他迫不及待地飞回家中，开始从自己的脑内收集宝贵的数据。
这一次，他想怎么做实验就怎么做实验，想收集什么数据就收集什么数据。
但惨就惨在，因为植入电极太大太多，手术后他的切口一直无法完全闭合，各种并发症困扰着他。
所以原本设定要在他脑内待上几年的电极，也只能逗留1个月。
穷困潦倒的他又不得不花9.4万美金，要求医生做了取出手术。
但是医生只能卸走了他脑内的电线、电源和收发器。
那几个锥形电极因为埋得太深的原因，将永远留在肯尼迪的脑内。
不过肯尼迪却对这次自体实验表示非常满意。
因为在那短短的一个月内，他就收集了近300个短单词的相关神经元数据，并发布了重要的论文。
当肯尼迪把自体实验的数据公布时，业内研究者对此表示除了惊讶，还是惊讶。
有的人说，肯尼迪在健康的人身上(即使是自己的身体)做实验是违背道德的。
也有人非常佩服他的勇气，从他的身上，除了疯狂还能看到坚定二字。
但无论评价是好是坏，他都坚持不放弃，他说“因为我放弃了，之前30年的努力都将化为泡影”。
在那段一筹莫展的时期，肯尼迪还自费出版一本短篇科幻小说《2051》。
这本小说主要讲了主人公阿尔法将自己的大脑装进了高0.6米的生命维持机器人里，同时也勾勒出了肯尼迪的终极梦想。
他希望自己的电极技术不仅可以帮助瘫痪患者，更希望能将人类推向真正的“赛博格”时代。
只是现在的肯尼迪已经超过70岁，能不能亲眼见证那个时代的到来是个问题。
但无论如何，历史都会记住他为科学疯狂过。
或许某天人类的教科书上，真的会以“半机器人之父”为他命名。
*参考资料
WIRED：《THE NEUROLOGIST WHO HACKED HIS BRAIN—AND ALMOST LOST HIS MIND》
Creative Loafing Tampa Bay：《The father of cyborgs：Dr. Philip Kennedy has linked man to machine. The possibilities are fascinating and frightening》
MIT Technologu Review：《To Study the Brain, a Doctor Puts Himself Under the Knife》
WIKIPEDIA：Neurotrophic electrode
http://weixin.100md.com
返回 医学界妇产科频道 返回首页 返回百拇医药