文章來源：譯言網址 翻譯：newkiwi
《連線》雜誌（Wired Danger Room）
凱蒂·德拉蒙德（Katie Drummond）
2010-5-7
供圖：美國國家科學基金會（National Science Foundation）
未來從伊拉克和阿富汗撤回美國的士兵中，估計有10%到20%的士兵遭受着創傷性腦損傷（TBI）之苦，這種腦損傷每年折磨着170萬美國人。現在五角大樓正在開展一項革命性的倡議來改善這一局面：即大腦植入，一名研究者將大腦植入比喻爲受損大腦灰質皮層的“替換零件”。
“目前當大腦受到什麼創傷時，醫學界能夠發揮的作用十分有限，”克利須那·謝諾伊（Krishna Shenoy）告訴《連線》說。謝諾伊是美國斯坦福大學（Stanford University）電氣工程與生物工程系副教授。“我們的目標就是理解大腦如何對創傷做出反應，然後能夠做出改變。”
所以尖端的軍事科學機構——美國國防部高級研究計劃局（DARPA）支持這個項目就不足爲奇了，這個項目被稱爲加速損傷恢復的重組和可塑性（REPAIR）。5月6日，軍方宣佈了一項爲期兩年的初步計劃，計劃提供1490萬美元資助由斯坦福大學和布朗大學（Brown university）領導的4個研究所，聯合開發腦芯片（brain-chip）項目。所有人員都算在內，這個項目將吸引10位教授以及他們的研究團隊參與，研究領域涵蓋神經科學、精神病學、大腦模擬專業，甚至包括半導體專業。
在理解大腦損傷方面他們已經取得了重大進展。科學家已能夠創造出大腦活動的概念化數學模型，同時也能夠記錄大腦單個神經元細胞所激發的電脈衝信號；這都爲深入理解這些神經元如何傳遞信息提供了基礎。對這些知識的瞭解促進了神經義肢輔助設備（neural-assisted prosthetic device）的快速發展，這種設備由謝諾伊副教授與傑弗裏·凌（GeoffreyLing）聯合開發，傑弗裏·凌也是美國國防部高級研究計劃局REPAIR項目的項目經理。
謝諾伊說，但是專家們目前還無法做到的是，如何改變大腦的那些電脈衝信號以開啓或者關閉大腦的信息迴路。他的研究團隊將會採用光遺傳學（optogenetics）——一種需要發射光脈衝以實現精確觸發神經活動的新興技術——來開發一種可植入的創傷性腦損傷治療設備。
“在實現這些之前，發射光進入大腦精確定位單個神經元的過程，就像用錘子攔截光束一樣具有挑戰性，”謝諾伊說。“我們現在正在做的工作是，用針點的方式精確定位單個神經元，同時這個神經元將依據提示信息的不同自然地改變自己的激活狀態。”
這個項目開發的大腦植入體可能將由電極或者光纖組成，同時將被置入大腦表面。它們首先將讀取大腦神經元的電信號，然後發送適當的光脈衝去刺激其他原本對神經元信號做出反應的大腦區域。這種植入體將作爲那些被損傷或者被“截去”的大腦區域的替代物，使大腦能夠正常地運轉。
首先，謝諾伊和他的研究團隊需要在老鼠身上進行光遺傳學測試，最終需要在猴子身上進行測試，以便更好地理解不同的大腦區域如何相互作用。比如，一個大腦區域如何知道將哪一個信號發送給其他腦區。一旦這些腦區實現了這些功能，研究者希望能夠開發出一種芯片，這種芯片基本上能夠模擬那些腦區之間的相互作用，最終使植入體能夠“讀取A腦區的信號，然後繞過受損的B腦區，同時將信號傳送到C腦區，”謝諾伊說。
雖然美國國防部高級研究計劃局的興趣在於軍事應用，但是這種植入體也將具有廣泛的民用價值，包括幫助那些中風患者或者接受手術的人消除大腦創傷的風險。如果所有的項目都按計劃進行的話，謝諾伊希望在四年之內能夠在實驗室動物身上進行成功植入。