“赛博朋克”的科技也许不用等到2077

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赛博朋克2077终于发售了！不知道点开推送的各位已经玩到没有？

反正我还没玩，因为要给大家写这篇推送（哭）。

提起赛博朋克，脑海里浮现的想必是那个光怪陆离、拥有极度发达科技水平，但社会道德却又趋于崩坏的科幻世界。人造人、机械结构、人机结合……这些科技感十足的画面可能在你眼前不断闪现。

但要是我和你说，那个时代其实不用等到2077年，你信吗？

你不信也得信 :-)

脑机接口远比你知道的厉害

说到脑机接口，你可能会想到几个月前，埃隆 · 马斯克（Elon Musk）在发布会上用小猪进行演示的脑机接口技术——这可能是大多数人对脑机接口最深刻的印象。

但实际上，这可不是脑机接口最早的亮相。早在一百年前，脑机接口就已经走入科学家的视野里了。

20世纪初，脑科学研究刚刚起步。1909年，德国神经科医生科比尼安·布洛德曼（Korbinian Brodmann）提出大脑皮质的 Brodmann 分区，科学家开始意识到大脑的不同区域可能会执行不同的功能——运动、视觉、感觉、情感、语言、记忆……

1924年，一位叫做汉斯·伯格（Hans Berger）的德国精神科医生，首次实现将机器插入大脑，并记录到来自大脑的信号——脑电波。

严格意义上来说，这应该是大脑和机器的第一次结合。

脑电图（EEG）等等大脑成像的技术一直仍然被用于精神疾病的研究 | 图源：Wikipedia

之后的一百年间，脑机接口的发展可谓是“百花齐放”，经过一系列的动物实验之后，科学家开始尝试把它应用到了人身上。这里我们给大家介绍几个最 Amazing 的实验，来看看脑机接口已经能做到什么程度吧。

再说回赛博朋克，其最吸引人的地方之一，想必是即使断了胳膊断了腿，也能接上一条机械臂的设计吧？这其中最难的地方在于——怎么实现让大脑控制机械臂。而这其实在十几年前就已经实现了。

早在2006年，研究者通过机器的植入，形成一个叫 “BrainGate” 的脑机接口系统，控制大脑中不多的上百个神经元，就能让四肢瘫痪的人能使用意念来控制电脑屏幕上的光标；或者让他开关电视，看电视换台；或者是玩简单的弹球游戏；甚至是操控一只真正的假肢，实现抓握的动作……

图A和图B展现了植入的芯片大小，上面小小的尖端用于监测96个神经元的电信号；图C为植入大脑的位置，大概是在控制手臂的脑区；图D为四肢瘫痪的实验者实验的场景 | 图源：Hochberg L R, et al. Nature

实验者用脑机接口控制蓝色的光标玩消除游戏 | Hochberg L R, et al. Nature

实验者用脑机接口控制假肢抓握| Hochberg L R, et al. Nature

而几年之后，这一套 BrainGate 系统已经发展到可以控制体外的机械臂去主动抓握物品，甚至帮助四肢瘫痪患者拿取食物饮料，自己完成饮食的动作：

图源：Youtube-NIHNINDS

既然可以实现用意念来操控机械臂，那么科学家就在想：中风患者四肢瘫痪，可四肢都在，那是不是可以利用脑机接口辅助他们重新站起来呢？

早在2003年，研究者就尝试使用脑电图结合电刺激的方法，让四肢瘫痪的患者上肢运动起来，实现手的抓握能力。而后各类尝试让患者恢复行走，重新获得对四肢控制的研究也相继进行，虽然可能有的还需要假肢的辅助，但最关键的问题在于——恢复大脑对身体的控制。

通过外接的脑电图和电刺激，实现瘫痪者对手臂的控制 | 图源：Pfurtscheller G, et al. Neuroscience letters

如果弄清楚大脑怎么控制身体这个问题，像是阿丽塔那样，只有大脑全身机械的科幻场景就可以实现了。

除了运动，科学家们还关心另一个和神经相关的精密器官——眼睛。

早在1970年代，就已经有科学家尝试在盲人的大脑视觉皮层植入芯片，连接到摄像机上，进而让人产生一种光幻视（phosphenes），使盲人可以看清一些简单的模糊图像。只不过这里面的局限性在于电极的数量太少，不能刺激足够的神经元来识别图像。

但就在前几天，有研究使用了上千个电极的芯片，植入到失明、且已经训练至具备识别英文字母能力的猕猴大脑中，再利用脑机接口让猕猴看到由光点组成的字母，猕猴一下子就认了出来，也说明了这一脑机接口的成果。

而伴随着电极的增多，以及科学家对视觉通路认知的进一步深入，让上千万盲人复明将成为可能。

通过前期在计算机生出光点的训练（左边四图），让猕猴学会了字母，之后植入芯片后再通过计算机输入光点让猕猴识别（右侧两图，依次是A和L）

| 图源：Chen X, et al. Science

除此之外，还有研究如何使用脑机接口进入虚拟世界游戏、或者连接不同人的大脑进行信息传递，还有人工在体外培养神经细胞来制作“神经芯片”……而前面提到的马斯克，其革新就在于将更多的电极集成到了更小的芯片上这一工程学进步，这就给脑机接口带了全新的无限可能。

要是这些脑机接口研究能够实现，赛博朋克里机器与人体结合的场景想必也就不远了。

人造器官可不只是机械形态

除了大脑这个人们还无法一探究竟的器官之外，要重现赛博朋克那个科幻的世界，还需要足够的人造器官，才能实现人体的改造。

在这个问题上，科学家的进展和思路已经超出了赛博朋克的范围——因为机械的人造器官不能满足人体的需求。

之所以不使用机械的人造器官，一方面是由于身体器官结构的复杂机制，人造的机械还远不能达到相似的水平；另一方面这些机械需要定期更换，支持的时间也有限。比如目前的人造心脏，就需要外挂一个泵，为机械心脏提供动力，实验期限也只有不到十年。

市场现有的临时人工心脏SynCardia示意图 | 图源：syncardia.com

因此科学家也走出了一条一点也不“赛博朋克”的道路：3D生物打印和异种器官移植。

3D生物打印是利用生物细胞作为材料，结合3D打印的技术，在预设好的模型下构建一个器官，再将打印好的器官进行培养。虽然类似心脏、肾脏这样的器官还未实现，但也已经可以打印出耳朵、心脏瓣膜、气管等简单器官结构。

利用3D生物打印产生的人造耳朵（a、b），心脏瓣膜（c）以及支气管（d）

| 图源：Yan Q, et al.Engineering

钻研这一方向的科学家还有一个大胆的想法：现在是在体外打印器官再移植，那以后是不是可以手术打开患者的内脏，直接在患者身上打印呢？将细胞按照需要打印到患者身上，也许就可以避开体外培养器官的难题了。

从A到C展示了这种原位3D生物打印的进展：从在组织体上“打印”，再到实验动物上进行“打印”，最后到未来可以实现在手术里对着人进行“打印” | 图源：Ozbolat I T. Trends in biotechnology

除了在体外从“0”开始培养器官，早在 3D 打印还未出现的1970年代，有些科学家就提出过一个更大胆的想法：是不是可以将猪的内脏移植给人类？

他们利用基因编辑技术，改造猪体内的基因，确保在移植时这些来自猪的器官不会产生免疫排斥、炎症、凝血反应。然后将这些猪的器官移植到狒狒身上，来看移植的效果如何。

三个主要导致异种器官移植失败的障碍 | 图源：Niu D, et al. Advanced Drug Delivery Reviews

之所以使用猪，主要原因是其他和人接近的动物，比如黑猩猩数量稀少，甚至已经接近濒危。而猪既能保证器官和人比较像，又能有足够器官数量供给。再结合近几年愈发成熟的基因编辑技术，就可以把猪的器官改造得更适合人类。

结果也是喜人的，在几十年的不断尝试下，移植猪的器官后，狒狒存活的天数也在不断延长，最长可以达到300天以上。

不同时期的转基因猪心脏移植到狒狒上后的存活时间 | 图源：Cooper D K C. Xenotransplantation. Springer

今年九月，杨璐菡团队开发的“猪3.0”，则在避免免疫排斥和炎症反应的基础上，又进一步解决了另一个可能威胁到人类的问题——内源性病毒。避免了猪体内本身就存在的病毒对人类的威胁。

但这后面仍然存在着很多问题，比如猪的寿命远不如人，体温、各种生化代谢反应是否能和人匹配，都等待着科学家去克服。

但是我们已经看到了人造器官新的曙光。

结语：伦理问题与赛博朋克

赛博朋克的世界不仅仅有人与机械的结合，科技高度发展的背后，往往暗藏着人体肆意改造导致的各种社会道德问题，其中最简单但也最复杂的便是——我们应该如何看待人类？

赛博朋克的科幻背后，其实往往揭示了科学发展后的社会伦理问题 | 图源：银翼杀手2049

科幻小说家布鲁斯·斯特林曾经给赛博朋克下了一个定义：

待人如待鼠，所有对鼠的措施都可以同等地施加给人。闭上眼拒绝思考并不能使这个惨不忍睹的画面消失。这就是赛博朋克。

这就是现今科学家们面临的科学伦理问题：科学的边界应如何定义？难道未来的我们也会把人当实验对象来进行实验吗？

其实刚刚我们提到的脑机接口、人造器官，本意上和赛博朋克没有任何关系，绝大多数科学家的初衷都是为了帮助患者，让患者能够恢复正常生活，才会研发这样的技术。

但不排除有的科学技术发展到一定程度，会产生很多社会道德问题，甚至是哲学问题的思考。

比如脑机接口发展到终极水平，是不是就可以将人脑替换成芯片？或者是将意识上传成数据？我还是我吗？

又比如器官移植，当全身的器官都是猪的，这个人还该不该吃猪肉？或者说他（它）还是一个人吗？

2018年底的基因编辑婴儿事件，就值得我们反思科研伦理是否跟进科学技术的问题

而科研伦理道德，就要求我们提前思考这样的问题，给科学确定研究的边界：比如克隆羊多利的问世，克隆人的想法就已经被科学家早早否认，并扼杀在摇篮之中；体外受精和细胞培养的实现，也让科学家将人类胚胎的研究严格控制在了14天以内……

问题不是技术如何，而在于使用它的人，要如何合理地使用技术。这就要求在这个技术日益更新的时代，相关的规定和政策能及时跟进。

《赛博朋克2077》不跳票了，但是希望现实的赛博朋克永远跳票。

参考资料

Hochberg L R, Serruya M D, Friehs G M, et al. Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia[J]. Nature, 2006, 442(7099): 164-171.

Thought control of robotic arms using the BrainGate system, https://www.youtube.com/watch?v=QRt8QCx3BCo

Pfurtscheller G, Müller G R, Pfurtscheller J, et al. ‘Thought’–control of functional electrical stimulation to restore hand grasp in a patient with tetraplegia[J]. Neuroscience letters, 2003, 351(1): 33-36.

Dobelle W H, Mladejovsky M G, Girvin J P. Artificial vision for the blind: electrical stimulation of visual cortex offers hope for a functional prosthesis[J]. Science, 1974, 183(4123): 440-444.

Chen X, Wang F, Fernandez E, et al. Shape perception via a high-channel-count neuroprosthesis in monkey visual cortex[J]. Science, 2020, 370(6521): 1191-1196.

Yan Q, Dong H, Su J, et al. A review of 3D printing technology for medical applications[J]. Engineering, 2018, 4(5): 729-742.

Ozbolat I T. Bioprinting scale-up tissue and organ constructs for transplantation[J]. Trends in biotechnology, 2015, 33(7): 395-400.

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