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科学家对马斯克提出尖锐质疑:脑机芯片会让大脑变成“烤红薯”?

2020-11-12 62 cisp

原标题:科学家对马斯克提出尖锐质疑:脑机芯片会让大脑变成“烤红薯”?

众所周知,大脑是人体中非常重要的一部分,同时它也非常脆弱而神秘,目前许多关于大脑的机制和疾病产生的原因都远未被科学家所了解。

近日,“网红”企业家马斯克的Neuralink大脑芯片再度受到科学家质疑。

比起上回科学家们对Neuralink芯片“离实际应用还很远”的评论,这回的质疑来得要尖锐得多:

神经科学家埃米·艾斯克里奇(Amy Eskridge)在推特上询问马斯克,他是否考虑过Neuralink芯片工作时可能会过热的问题。

对于计算机、手机等电子硬件来说,器件老化、长时间工作、散热设计不好等原因都会使得机器温度上升,甚至超出温度限制范围,影响机器工作。

而马斯克的Neuralink芯片是侵入式设计,将会通过手术将电极植入大脑内部。一旦器件在大脑内温度超过范围,显然会对使用者的健康造成很大危险,甚至造成致命后果。

但对于这样一个尖锐的话题,马斯克的回应却很简单:他表示,Neuralink芯片有温度传感器,其设计能够保持安全温度,并且不会让大脑“超频”,而是将处理转移到人类大脑的超级计算机扩展部分。

为大脑测温

在上初高中时,我们就已经在课本中学过,人体体温调节的基本中枢在下丘脑。不过,人体各部位的温度与整体的体温又有少许不同,比如口腔温度比直肠温度低 0.2~0.3℃,腋窝温度比口腔温度又低0.3~0.5℃等。

大脑则是一个在代谢上十分“昂贵”的器官,它能够产生大量的热量(只占人体质量的2%,却占人体总葡萄糖利用率的25%和耗氧量的20%),它也对温度的波动非常敏感,其几乎所有功能活动和能量效率都会受到温度的影响。

据此前的科学研究,通常,在静息临床患者中评估的整体脑温度读数与患者体温一致(脑36.9±0.4℃,直肠36.9±0.6℃)。

对动物大脑的研究则表明,大脑中的各区域存在温度差异,较冷的皮层区域和较暖的基底区域之间存在约1℃的温差,不同大脑区域的温度未必会互相影响,原因可能是更好的隔离和温暖的血液供应;

另一些大脑温度的可能影响因素还包括感官刺激、睡眠与觉醒、颅外冷却,此外麻醉深度也与脑温度降低有关。

由于大脑研究的困难性,目前,科学家们对大脑温度的时空分布、生理和病理波动以及脑热稳态的机制都还了解甚少。

那么大脑“过热”会有什么影响呢?

实际上,大脑温度的影响普遍存在于许多常见的人类疾病中,如头部创伤、中风、多发性硬化症、癫痫、情绪障碍、头痛、神经退行性疾病等。

而临床前和临床数据已经有力地表明,大脑温度升高和大脑损伤之间存在一种破坏性关系。

仅仅只是1-3℃的大脑温度生理波动也会在多个层面上极大地改变神经功能:动作电位的产生、跨膜离子传输和被动膜学特性被改变,终端递质释放和突触前摄取过程也受到干扰,血红蛋白对氧的亲和力也会受到温度影响。

在神经科学家对马斯克的质疑中,艾斯克里奇也提到,科学界已经证明大脑有两种降温机制:其一是通过让淀粉样蛋白吸收热量来对抗温度的升高,但这样会使得变性蛋白在大脑中以斑块的形式积累,而斑块会对疾病产生意想不到的有害后果。

臭名昭著的阿尔茨海默症的一个典型症状就是大脑中β-淀粉样蛋白的积累,这种蛋白会导致神经退化,最终导致思维和记忆问题的出现。

另一个降温机制潜在的问题则是脑脊液泄漏。脑机芯片增加的电活动将导致脑脊液更多产生以吸收液体中的热量,但如果持续的电活动超过基准,可能会导致持续的颅内压升高,最终大脑不得不排出液体以减少脑干的压力。

脑脊液不断流失在低颅压情况下可能会引发头痛、头晕、癫痫等症状,细菌也可以沿着脑脊液泄漏的通道进入颅内,导致严重的颅内感染。这可能会引起化脓性脑膜炎,对大脑神经功能造成损伤,导致患者意识障碍、肢体障碍等严重并发症,甚至造成生命危险。

与高温的危害相比,大脑的低温则具有广泛的、多效的作用,是最有效的神经保护剂,可以从兴奋性中毒(Excitotoxicity)的作用中保护大脑。

(兴奋性中毒指的是谷氨酸酯及其类似物质等神经递质的过度刺激,使神经细胞受损及死忘的病理过程)

还有研究表明,即使大脑已经在常温下受到损伤,低温也有助于大脑组织的保存。

脑机芯片会让大脑过热吗?

根据此前Neuralink在生物学预印论文网站biorxiv上发布的学术论文中的数据,Neuralink脑机芯片的专用集成电路(ASIC)由三个部分组成,256个独立可编程放大器(Neuralink把它叫做Analog Pixel)、片上模数转换器(ADC)、用于序列化数字化输出的外围控制电路。

每个Analog Pixel消耗5.2μW,包括时钟驱动器在内,整个ASIC功耗6mW。

ASIC构成了模块化记录平台的核心,在整个脑机接口系统中,ASIC和其他专用集成电路一起放在印刷电路板上。系统由一个FPGA、实时温度加速度与磁场传感器、全带宽数据传输USB-C连接器组成。

而根据中关村在线近日对AMD 3000XT系列处理器的功耗测试,AMD锐龙9 3900XT、AMD锐龙7 3800XT和AMD锐龙5 3600XT的功耗分别为110瓦、93瓦与71瓦。

由于1瓦等于1000毫瓦(mW),因此计算可得,约16666个ASIC的功耗才比得上一个AMD处理器(假设为100瓦)的功耗。

因此,对于Neuralink脑机芯片的温度我们还无需过多操心——至少它不可能像电脑CPU一样,动不动就飙升到80、90多度。

但站在用户的角度,我们还是希望“网红”企业家马斯克能够早日披露Neuralink脑机芯片的更多数据,包括其可能对健康造成的潜在影响。这毕竟是要侵入到人类无比敏感的大脑中的技术,再多谨慎也不为过。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2014.00307/full#:~:text=Typically%2C%20global%20brain%20temperature%20readings%20assessed%20in%20resting,are%20noted%20when%20brain%20regions%20are%20assessed%20individually.

http://diy.zol.com.cn/747/7477946.html

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/703801v1.full.pdf