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斯坦福大学Josef Parviz教授:神经诊断未来潜力无穷

2016-11-11 15:35 | 作者: Josef Parviz 来源:中国企业家网 京东方

【中国企业家网】2016年11月8日,主题为“开放两端 芯屏气/器和”的京东方全球创新伙伴大会(BOE IPC·2016)在北京举行。健康服务分会场,斯坦福大学Josef Parviz教授发表“神经诊断新趋势”主题演讲,分享了神经学的一些新的应用。

轮播图-剩余分会11

 

以下为演讲实录:

女士们、先生们,大家下午好!

我的工作就是用这些神经学的方法来治疗他们的疾病,我为什么会关注神经学呢?是因为我发现,我坚信我思故我在,这是我们大脑的运作方式。我们的大脑神经决定了我们的想法、我们的思绪、我们思维的方法,我们的大脑神经元让我们与灵长类动物区别开来,与其他的哺乳类动物也区别开来。要理解人类的大脑其实有各种各样的方式,如果有一部分大脑受损,它会对人造成怎样的影响呢?可能是冲撞造成的影响,可能是血堵栓造成的影响,或者是中风造成的影响,我们尝试过用不同的实体测试来真真正正地去了解我们的大脑不同位置的损害,对大脑会产生怎样的影响。但是这种研究是有限的,我们还要做更多,做得不够细致,所以后来有了X射线,有了电磁成像和计算机技术,和各种先进的技术,我们能够使用电脑成像,也就是当大脑受损的时候,我们对它进行拍照、进行成像,这能够帮助我们更好地来了解到这样的一个情况。

在这之后,我们又有了新的方法,我们来衡量大脑中的血流,在我们进行认知活动的时候,大脑中的血流会有怎样的变化?我们分析这个活动和血流之间变化的关系。现在我们已经进入了一个新的时代,在这个新的时代,我们可以通过电磁来帮助我们分析大脑,甚至通过电磁的刺激,来测试大脑的功能。我们现在的目标就是要了解大脑到底是怎样运作的。这是大脑的一个结构,其实它的结构并不复杂,我们有两种物质,大脑中的一部分,你可以看到这个表面的部分,大脑的外层就是我们的这个灰质,这个灰质就是深色的组织,这里的细胞很多,在灰质之间你可以看到有白色的物质,这个白色的物质就是我们的神经传导,所以它就像一个电子芯片一样。在电子芯片的表层,我们有结构,然后在表层之下会有很多的线来连接这个表层的物质。接下来我要给大家播放一个简单的视频,在这一页之后播一个视频,让大家了解我们的大脑与任何的有机物和任何的器官都是不一样的,因为我们的大脑主要有两个特征,首先第一,它有电子码,所以说它能够产生电,而且它能够通过这个电极刺激,来感知,而且大脑中的细胞能够传导电磁。而且大脑的细胞之间的信息传递就是通过电磁的传递,而且这个电磁的信号最终会被转化为物质的编码,所以它是一个非常复杂的过程。

第二个大脑细胞的特征是它有非常丰富的连接性,不仅是细胞之间的连接,而且细胞之间的连接非常地丰富、非常地精巧,所以我们的大脑就像一个网络一样,因为各个细胞之间是连接在一起的,不同的功能通过网络之间的协同实现。在这里你可以看到我们的大脑的脑灰质,可以看到这里是它的一些树突、轴突丘等等,这个部分是大脑高级进化的阶段,在这里有640亿个细胞,每一个细胞都是独立的功能体,当你进入到大脑的时候,你就像进入了一个森林一样,在这里有各种各样的分枝,还有很多的细胞体。我们如何才能真真正正了解大脑的运作呢?通过这样的一种电磁和神经元的研究了解大脑的运作系统,可以看到,有神经紊乱的病患,我们的电子刺激会产生不同的反应,可以看到这里,传感器是安置在了大脑里头,我们会监察大脑的活动,而且我们也会在大脑中嵌入传感器,通过这个神经手术来植入一些传感器,来了解他大脑对刺激的一些反应,这个传感器会记录20-30万个细胞的反应,有这些电极的植入我们就可以刺激这些反应和刺激。

接下来与大家来分享一下我们实时大脑的细胞之间的通讯,在左边你可以看到,这就是细胞之间的森林,他们之间的联系,在上面有一个电极,这个电极就像一个我们的手机的连接器一样,再右边,这边看到的是我们如何衡量,实时衡量大脑细胞之间的活动。我们每秒应该是有一万个细胞样本的监测,在细胞被激活,进行活动的时候,我们可以看到电磁活动会有明显的上升,所以它能够告诉我在执行一个活动的时候,大脑的哪些地区的细胞被激活,有更频繁的活动,我们的大脑中有一些部分,他们就是来帮助我们识别人脸的。因为我们大脑是有两个部分,左脑和右脑,我们在左右脑都有一个部分,也就是有一对这样的区域来帮助我们识别人的脸,如果在右边的这个大脑的这些细胞受到了损害,你可能就识别不出人的脸了,就会有脸盲的这种情况,有一些病人真的就是,连他们的妻子、他们的丈夫都无法识别,在中风之后就出现这种情况了,所以这是我们说的脸盲的情况。我们通过在大脑当中植入这样一种电极就能够帮我们了解,在认知人脸的时候,这样的一个细胞活动流动是怎样的,从而对它进行激活。

接下来我要与大家解释一下,在这个视频当中病人的情况,我们在激活他大脑中的一个区块,这个区块就是帮我们识别人脸的,所以我们植入了电极,通过这个电极对他进行电子刺激,这个病人会反馈在我们对他的大脑进行电子刺激的时候,他有什么样的感受,这样的视频大概就讲了这样一个内容。

(播放VCR)

可以看一下我们当时是记载了脑内电极的反应,然后我们通过看到这个电流是否能够去抑制或者是调节整个患者大脑中的活动,然后看他的行为或者感知会不会有变化,再给大家看一个例子,在这个例子中大家可以看到一个患者,其实是两位患者,在右上角会看到一些颜色的,是在他大脑的区域中有一些颜色的变化。这个其实就是代表着大脑的一些功能区块,这个部分是帮助我们去识别事件的重要性的。还有他们是有慢性的疲劳或者是抑郁症等等,我们监测的是这部分患者的大脑活动。这个情况也是一样的,我们在大脑的中心部位植入了电极,我也是会通过电流去刺激这个特定的区域,然后我们可以看一下这个患者的反应。他其实表达出了他整个心理情绪上的状况有所变化,让他感觉他的心脏、脖子有一些生理上的变化。而且他也发现,他的驱动力,它的正能量的力量也有所增加,我们把它叫作坚持的意愿。

(播放VCR)

这是第二位患者。刚刚大家从视频中也可以看到,为什么我们的这种想法是重要的。我们是通过电流,希望能够刺激人大脑中的一些功能,希望能够调整他们的意愿的水平。在这种情况下,他们会感受他们需要去拼搏、去奋斗、去坚持。非常有意思的是,这两位患者,大家可以看到,他们是非常类似的,整个刺激的部位是一样的,而且我们给的电流负荷大概是在100左右,通常就是我们设备中带电池的电量,是非常小的电流。这种小的电流居然可以带来这么大的改变,尤其是在患者心理上、情绪上的改变,这是非常惊人的。我们把它叫作坚持的意愿,这个其实是由电流的刺激所产生的。大家可以感受到患者身上所展现出来的正能量,这两位患者都展示出了这种情绪。大脑中还有另外一个区域,是负责做数字认知的,大家可以看一下左侧有两个蓝点,其实是非常重要的,在大脑中非常重要的两个区域,主要是负责数字的计算。如果病人在去计算2+2=4这个等式的时候,我们就会发现这两点的活动就增加了。就可以看一下右侧的这个图表,它反映的就是这两点内容。可以看一下,其实有一组非常特殊的神经元,它是负责进行数字运算的,尤其是数学的等式。然后我们就去听取了患者大脑细胞的活动,我们录制了一段视频,是这个患者和他的朋友进行聊天,可以看一下这个人在清醒的状态,谈论的状态,大脑活动是怎样的。

(播放VCR)

刚刚这段视频里放的就是我们记录了他大脑中负责数据计算的哪一个部分,它的活动范围。可以看到红色的峰值曲线,就是当这个患者在说数字的时候,这个红色的区域就会出现。换句话说,我们通过对于大脑不同区块功能的识别,然后在这些大脑的区域中去植入传感器,然后进行观测,我们就能够去分析人类大脑的活动。哪怕这个人他没有告诉我们他们在想什么,我们也可以知道他的大脑活动。这就是说这个科学研究为我们打开了一扇窗,能够更好地监测人的大脑活动,去分析、去解码他的大脑中正在进行什么样的内容,就等于说我们可以读取这个人的大脑思绪。我们甚至可以把这个用到猴子身上。可能看到我们在这个猴子大脑里植入了电极,这个猴子希望抓取这个物件,而且是他的大脑操控了这个机械手臂去抓取这个物件,我们把它叫作机器大脑接口。因为我们的电极植入到猴子的大脑中之后,可以通过猴子的脑电波去控制这个电极,电极接到计算机的接口,来控制这个机械手臂,其实这种接口在很短的未来就会实现。我们可以将瘫痪的患者使用这种大脑计算机接口,可以通过思维去控制电脑,然后用电脑再去控制相应的设备或者是物件,这样的话也会给我们的患者带来极大的好处。

之前给大家展示过的一页PPT是一个例子,我把它叫作认知假肢,就是用意念控制假肢,它其实会在大脑和机器中间打造出一个接口,这个接口可以去读取我们的思维。有些时候我们不需要改变假肢的姿势,而是用到整个临床或诊所中,这样我们可以改变一下未来,我们相信在未来会有更多意念控制假肢的设备出现。我们希望将大脑的信号传递到计算机中,用计算机控制相应的假肢设备,这需要我们进一步开发传感器技术,之前给大家展示的就是我们大脑中植入的传感器。现在我们已经在一些领域看到了很多传感器技术的发展。比如在头皮上放置传感器,可以更好地测量脑电波。然后将这些信号传递到计算机之后,我们可以更好地通过计算机控制这些信号,比如像这样的传感器。

作为这次介绍的结尾,我希望大家可以关注这样一个想法,我们通过电流去刺激大脑相应的区块,能够改变大脑中默认的网络,这个其实针对大脑障碍,或者是一些大脑相关的疾病有非常大的潜力。我们可以去做很多的尝试,现在很多的药物工程师都已经开始关注于这个领域,包括开发一些药物去改变大脑的功能,调节大脑的功能。我认为现在也是一个非常好的时机,不止去想药物的疗效,而是想一下电疗会不会带给我们更多的利处,比如说对于大脑障碍,或者是精神疾病,这些患者,我们可以通过一些神经元或者是神经的调节来更好地去治疗这个患者。我知道现在在中国也有相应的尝试。我们所控制的其实是人体内的一些化学元素,我们可以通过对于这些化学元素的控制,改变它在大脑中所扮演的角色。我相信在未来潜力无穷。我们可以开发出更多种的治疗模式、治疗方法,我们可以更好地去开发传感系,读取大脑的信息,然后把它传递到机器上、计算机上。我们希望这个未来是美好的。谢谢大家。

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