靠譜嗎？馬斯克用三隻豬現場演示腦機接口技術，豬腦和人腦有多相似？

2020-09-04 前瞻網

近日，馬斯克展示了其最新的腦機接口技術，通過三隻豬——他在發布會上向觀眾展示了一隻大腦被植入了腦機晶片的豬，及通過晶片測量到的豬的腦電波信號變化。另外兩隻豬則分別為從未植入腦機接口設備、曾經植入過腦機接口設備的對照組。

（視頻截圖）

對於腦機接口技術，尤其是馬斯克的Neuralink所採用的侵入式腦機接口技術，安全問題無疑是最大的擔憂。馬斯克之所以在豬身上演示，還特意強調小豬「活潑健康」，很可能是為了向大眾證明其腦機接口技術的安全性。

但是豬畢竟與人類是不同物種，在豬的大腦上的演示效果有多少能夠類推到人類大腦上?

為了探究這個問題，我們研究了豬的大腦與人類大腦的不同。

豬大腦在哪些方面與人腦相似？

除了豬以外，小白鼠、大鼠等齧齒動物在許多有關人類大腦、神經的相關研究中也十分常見。但比起齧齒動物來說，人類的大腦在大小、結構和組成上與豬的大腦更為接近。

從大小上來說，人類的大腦比嚙齒類動物的大腦大750倍，但僅是豬大腦的7.5倍大。

從大腦中的細胞類型來說，人、豬和嚙齒類動物的大腦都由白質和灰質組成，但成分大不一樣：人腦和豬腦的白質含量都約為60%，而嚙齒類動物大腦的白質含量約為10%。

白質由神經元中被髓鞘包圍的突起構成，而灰質由大量的神經元胞體及其樹突聚集而成。腦灰質位於腦表面，主管身體的高級功能，如言語、思維、運動等;腦白質則位於腦部內部，是灰質的信息傳導系統。

在重量上，成人大腦的重量在1300-1400克之間，而成年豬的大腦，根據品種不同，重量在80-180克之間。相比之下，成熟小鼠或大鼠的大腦重量分別約為0.5克和2克。

大腦的大小對於很多研究來說都很重要，例如嚙齒類動物的海馬體更容易受到局灶性皮層損傷，這是因為大腦體積較小，且海馬體的位置和定位更往上。在人類和豬的大腦中，海馬體更位於顳葉的腹側和深處，因此更能保護大腦不受傷害。

在外形上，人類與豬的大腦都是多腦回的，意即大腦的外皮層有很多迴旋，並遵循類似的腦回模式。而嚙齒類動物的大腦是光滑的無腦回的，缺乏腦回和腦溝。有更多腦回的大腦與更高的連通性和複雜性有關。

哥廷根迷你豬的前額葉皮層體積佔大腦總體積的10%，人腦前額葉皮層約佔大腦總體積的12.5%，兩者差不多相當。

在解剖學上，豬腦的背側紋狀體被內囊分裂成兩個不同的結構——尾狀核和殼核，人腦的紋狀體也分為尾狀核和豆狀核，相比之下，嚙齒類動物的大腦只有一個尾狀殼核結構。

豬的海馬體被發現在結構上比嚙齒類動物更類似於人類的海馬體，其腦形成程度介於嚙齒類動物和靈長類動物之間。

已有許多對豬腦丘體、下丘腦、下丘腦核、腦幹結構和小腦進行的描述性的、比較解剖學的研究。與人類相似，豬的運動皮層和體感皮層等感覺皮質是按軀體位置排列的。

在大腦發育的過程中，豬腦的髓鞘形成的時間過程也與人類類似。2005年的一項研究使用MRI和組織學分析表明，豬大腦中的髓細胞在青春期發育到性成熟的6個月期間會增多。同樣，在人類中，髓鞘化可以持續到青春期甚至成年早期。

但齧齒動物的髓鞘形成模式與人類不同，在髓鞘形成的時間尺度和白質總量上都存在顯著差異。例如，大鼠大腦的髓鞘化大部分在3個月大時完成，且成熟大鼠的腦白質含量不到12%。

髓鞘形成的這段時期對正常的大腦功能至關重要，因此被認為是發育過程中的脆弱時期。

豬的大腦對損傷的病理生理反應也可能更像人類。豬受傷後的免疫系統和炎症反應更類似於人類;對於存在於各種先天免疫細胞上的Toll樣受體(TLRs)，豬和人都有10個不同的TLR，而小鼠有12個，豬也與人有更多相似的TLR啟動子序列(豬和人的相似度為71%，而小鼠和人的相似度為53%)，並且具有相同的典型功能域。

在人、豬和小鼠之間進行的免疫學比較表明，與小鼠相比，豬的免疫系統在超過80%的免疫系統變量上與人類更相似。

在血管系統方面，豬和人的腦血管解剖、血管流出系統和腦血流率雖然不完全相同，但比嚙齒類動物更具可比性。這可能是由於更相似的腦大小和多腦回結構。因此，豬和人的大腦在對腦損傷和隨後的血管重建過程的血管反應方面表現出相同的特徵。

在2018年的一項研究中，研究人員探討了利用人腦磁共振彈性成像來表徵豬腦動態特性的可行性。

他們應用了從40hz到90hz的廣泛的驅動頻率，並記錄了人類和豬大腦的存儲和損失模量。他們發現人類的最佳驅動頻率可以一對一轉換為豬，並可靠地產生用於彈性成像後處理的剪切波。

2019年，喬治亞大學的再生生物科學中心(RBC)的研究人員通過使用靜息狀態功能性磁共振成像(rs-fMRI)，證明豬大腦感覺運動區域的功能連接與人類大腦相似。這些區域包括我們所有的感知、感覺、運動和記憶的編碼區域。

(圖：人大腦(左)和豬大腦(右)的圖像比較。(a)體外解剖腦和(b)磁共振腦圖像。(c) 11 C-raclopride正電子發射斷層掃描(PET)和(18)氟脫氧葡萄糖( 18 FDG) PET腦圖像。)

綜上所述，人的大腦與豬的大腦具備諸多的相似性。因此，馬斯克使用豬大腦來驗證腦機接口技術的安全性是頗具參考價值的，儘管人體試驗仍是必要的。

在腦機接口技術上，用豬實驗和用人實驗也仍有些許不同：豬的頭骨比人類的厚40%，它的頭部大小大約是人類的兩倍。

馬斯克這場發布會表明，其Neuralink腦機接口技術已然切切實實地往前邁出了重要的一步，不再僅僅停留在紙面上。在不久的將來，我們可以期待馬斯克帶來更多的好消息。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

參考資料：

http://www.westlaboratory.org/pig-model-of-neural-injury:~:text=However%2C%20the%20volume%20of%20a%20pig%20brain%20is,humans%20translate%20to%20large%20animal%20studies%20in%20pigs.

https://jeb.biologists.org/content/209/8/ii

https://www.physast.uga.edu/blogs/news/posts/finding-parallels-between-human-and-pig-brains-using-resting-state-fmri

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6334610/

https://www.researchgate.net/publication/221902761_Food_preferences_and_aversions_in_human_health_and_nutrition_How_can_pigs_help_the_biomedical_research

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