賽博格時(shí)代已開啟，新突破使人類和AI融合成為可能

編者按：本文來自微信公眾號(hào)“學(xué)術(shù)頭條”（ID:SciTouTiao），作者：曹綺桐，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

從始至終，大腦都是我們身體上最“神秘”的部分，作為“總司令”控制著我們的行動(dòng)與思考。這團(tuán)軟綿綿的東西包含著成千上萬的神經(jīng)組織，有著極其精細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果能與計(jì)算周密的機(jī)器結(jié)合在一起，那潛在功能將變得強(qiáng)大的不堪設(shè)想。

雖然真正的半人半機(jī)器人的結(jié)合體只是出現(xiàn)在科幻小說中，但科學(xué)家在人體與機(jī)器融合的道路上的探索從未停歇。

事實(shí)上，相關(guān)科研之所以進(jìn)展緩慢，是由于機(jī)器的常用材料——金、硅和鋼等在植入人體后會(huì)造成瘢痕。并且，將電子設(shè)備與人體組織連接也是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。強(qiáng)行植入的傷疤不僅會(huì)造成人體內(nèi)損傷，還會(huì)中斷電腦與肌肉或腦組織之間的電信號(hào)流動(dòng)。

迄今為止，這是一個(gè)難以翻越的復(fù)雜難題。

有趣的是，近日，特拉華大學(xué)的一組研究人員開發(fā)了一種新的、生物相容的電子植入物聚合物涂層，這可能是更好地理解這種生物黑盒子的關(guān)鍵。

這些聚合物不僅會(huì)比無機(jī)涂層電子器件在生物組織上留下更少的疤痕，而且還能讓科學(xué)家微調(diào)聚合物的敏感性——這可能為創(chuàng)建有害疾病存在的早期預(yù)警系統(tǒng)創(chuàng)造條件。

而且，這一突破性進(jìn)展也是將電子設(shè)備與人體集成從而創(chuàng)造出半人半機(jī)器人的“半機(jī)械人”生物的重要一步。

該研究的主要作者，特拉華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授 David Martin 表示，目前的技術(shù)正在被用于開發(fā)生物相容的電子產(chǎn)品，如起搏器，耳蝸植入物和深度大腦刺激。關(guān)鍵的是，這些技術(shù)都面臨著局限性，而他的團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新可以解決這個(gè)問題。

相關(guān)研究成果于 8 月 17 日在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)(ACS) 2020年秋季線上會(huì)議和博覽會(huì)上展示。

David Martin 說:“我們之所以想研究這個(gè)項(xiàng)目，是因?yàn)槲覀冊(cè)噲D將堅(jiān)硬的無機(jī)微電極與大腦連接起來，但大腦是由有機(jī)的、含鹽的、有生命的材料構(gòu)成的?！?/p>

當(dāng)將無機(jī)電子集成到大腦中遇到困難時(shí)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)偶然發(fā)現(xiàn)了對(duì)更好的生物相容性界面的需要：“事實(shí)上項(xiàng)目一開始進(jìn)展得不好，所以我們認(rèn)為肯定有更好的辦法。我們開始研究有機(jī)電子材料，比如用于非生物設(shè)備的共軛聚合物?！?/p>

在對(duì)一些材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，這個(gè)團(tuán)隊(duì)想到了一個(gè)不太可能成功的材料。

Martin 說，“我們發(fā)現(xiàn)了一種化學(xué)穩(wěn)定的樣品，被作為電子顯示器的防靜電涂層出售。經(jīng)過測(cè)試，研究人員發(fā)現(xiàn)這種聚合物具有連接硬件和人體組織所必需的性能。

這種聚合物涂層稱為聚(3,4-乙烯二氧噻吩)或 PEDOT，具有電活性和離子活性，研究人員解釋說，這有助于降低它的阻抗(即它對(duì)流動(dòng)電荷的反對(duì))，與沒有這種涂層的電子相比，能夠降低 3 到 4 個(gè)數(shù)量級(jí)。

由于它的低阻抗，這種涂層還能夠增加設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度和電池壽命。除了這些基本的優(yōu)點(diǎn)，研究人員表示，這些聚合物還可以被調(diào)整以增加特定的功能特性。

在乙烯二氧噻吩(EDOT)單體上加入羧酸、醛或馬來酰亞胺取代物，使研究人員具有制造多種功能的聚合物的多功能性。Martin 解釋說，他們可以在這些改良的 PEDOTs 中有效地添加任何肽、抗體甚至 DNA。

“說出你最喜歡的生物分子，原則上你就可以制作出含有任何你可能感興趣的生物功能基團(tuán)的 PEDOT 薄膜?！?/p>

為了測(cè)試了這種特性，他們?cè)诒∧ぶ屑尤肓艘环N抗體，這種抗體能夠檢測(cè)特定的血管生長(zhǎng)激素被腫瘤劫持的情況。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子刺激血管損傷后的生長(zhǎng)，腫瘤劫持這種蛋白質(zhì)以增加其血液供應(yīng)。

結(jié)果表明，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的聚合物可以作為傳感器檢測(cè)VEGF的過表達(dá)，從而在早期階段檢測(cè)到疾病的發(fā)生，以及其他潛在的應(yīng)用。

事實(shí)上它的功能遠(yuǎn)不止這些，比如，其他功能化聚合物薄膜可以幫助治療大腦或神經(jīng)系統(tǒng)疾病。到目前為止，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制造了一種與多巴胺結(jié)合的聚合物（多巴胺在成癮行為中起作用）。

Martin 表示，這種聚合物涂層除了可以用于診斷外，還可以用于腦機(jī)接口，甚至用于人工智能與人腦的結(jié)合。雖然未來主義的、類似終結(jié)者的半機(jī)器人仍在科幻小說的范圍內(nèi)，但 Martin 說，這一領(lǐng)域的研究正在迅速發(fā)展。

“在現(xiàn)實(shí)生活中，我們已經(jīng)看到癱瘓的人能夠用大腦控制電腦屏幕上的光標(biāo)和假肢，”Martin 說，“最近，葛蘭素史克(Glaxo Smith Kline)和埃隆?馬斯克(Elon Musk)的Neuralink 等大公司也加入了這個(gè)游戲；這項(xiàng)技術(shù)正在迅速發(fā)展，很明顯，未來會(huì)有一些顯著的突破?！?/p>

至于這項(xiàng)研究，Martin 說他們的下一步將是更好地了解如何調(diào)整這些聚合物的行為，然后(最終)將它們納入生物體中。

Martin 說，他的夢(mèng)想是能夠定制這些材料在表面的沉積方式，然后將它們放入活體組織中。“在生物體內(nèi)以可控的方式進(jìn)行聚合的能力將是令人著迷的?！?/p>

排版：趙辰霞

編審：王新凱

參考資料：

1.Society, A. C. (2020, August 17). New “Cyborg” Technology Could Enable Merger of Humans and AI. SciTechDaily.https://scitechdaily.com/new-cyborg-technology-could-enable-merger-of-humans-and-ai/

2.Material found by scientists “could merge AI with human brain.” (2020, August 17). The Independent.https://www.independent.co.uk/life-style/gadgets-and-tech/news/artificial-intelligence-brain-computer-cyborg-elon-musk-neuralink-a9673261.html

3.Groundbreaking new material “could allow artificial intelligence to merge with the human brain.” (n.d.). MSN. Retrieved August 19, 2020, fromhttps://www.msn.com/en-gb/news/techandscience/groundbreaking-new-material-could-allow-artificial-intelligence-to-merge-with-the-human-brain/ar-BB1836wm