科學家對馬斯克提出尖銳質疑:腦機晶片會讓大腦變成「烤紅薯」?

眾所周知，大腦是人體中非常重要的一部分，同時它也非常脆弱而神秘，目前許多關於大腦的機制和疾病產生的原因都遠未被科學家所了解。

近日，「網紅」企業家馬斯克的Neuralink大腦晶片再度受到科學家質疑。

比起上回科學家們對Neuralink晶片「離實際應用還很遠」的評論，這回的質疑來得要尖銳得多：

神經科學家埃米·艾斯克裡奇(Amy Eskridge)在推特上詢問馬斯克，他是否考慮過Neuralink晶片工作時可能會過熱的問題。

對於計算機、手機等電子硬體來說，器件老化、長時間工作、散熱設計不好等原因都會使得機器溫度上升，甚至超出溫度限制範圍，影響機器工作。

而馬斯克的Neuralink晶片是侵入式設計，將會通過手術將電極植入大腦內部。一旦器件在大腦內溫度超過範圍，顯然會對使用者的健康造成很大危險，甚至造成致命後果。

但對於這樣一個尖銳的話題，馬斯克的回應卻很簡單：他表示，Neuralink晶片有溫度傳感器，其設計能夠保持安全溫度，並且不會讓大腦「超頻」，而是將處理轉移到人類大腦的超級計算機擴展部分。

為大腦測溫

在上初高中時，我們就已經在課本中學過，人體體溫調節的基本中樞在下丘腦。不過，人體各部位的溫度與整體的體溫又有少許不同，比如口腔溫度比直腸溫度低 0.2～0.3℃，腋窩溫度比口腔溫度又低0.3～0.5℃等。

大腦則是一個在代謝上十分「昂貴」的器官，它能夠產生大量的熱量(只佔人體質量的2%，卻佔人體總葡萄糖利用率的25%和耗氧量的20%)，它也對溫度的波動非常敏感，其幾乎所有功能活動和能量效率都會受到溫度的影響。

據此前的科學研究，通常，在靜息臨床患者中評估的整體腦溫度讀數與患者體溫一致(腦36.9±0.4℃，直腸36.9±0.6℃)。

對動物大腦的研究則表明，大腦中的各區域存在溫度差異，較冷的皮層區域和較暖的基底區域之間存在約1℃的溫差，不同大腦區域的溫度未必會互相影響，原因可能是更好的隔離和溫暖的血液供應;

另一些大腦溫度的可能影響因素還包括感官刺激、睡眠與覺醒、顱外冷卻，此外麻醉深度也與腦溫度降低有關。

由於大腦研究的困難性，目前，科學家們對大腦溫度的時空分布、生理和病理波動以及腦熱穩態的機制都還了解甚少。

那麼大腦「過熱」會有什麼影響呢?

實際上，大腦溫度的影響普遍存在於許多常見的人類疾病中，如頭部創傷、中風、多發性硬化症、癲癇、情緒障礙、頭痛、神經退行性疾病等。

而臨床前和臨床數據已經有力地表明，大腦溫度升高和大腦損傷之間存在一種破壞性關係。

僅僅只是1-3℃的大腦溫度生理波動也會在多個層面上極大地改變神經功能：動作電位的產生、跨膜離子傳輸和被動膜學特性被改變，終端遞質釋放和突觸前攝取過程也受到幹擾，血紅蛋白對氧的親和力也會受到溫度影響。

在神經科學家對馬斯克的質疑中，艾斯克裡奇也提到，科學界已經證明大腦有兩種降溫機制：其一是通過讓澱粉樣蛋白吸收熱量來對抗溫度的升高，但這樣會使得變性蛋白在大腦中以斑塊的形式積累，而斑塊會對疾病產生意想不到的有害後果。

臭名昭著的阿爾茨海默症的一個典型症狀就是大腦中β-澱粉樣蛋白的積累，這種蛋白會導致神經退化，最終導致思維和記憶問題的出現。

另一個降溫機制潛在的問題則是腦脊液洩漏。腦機晶片增加的電活動將導致腦脊液更多產生以吸收液體中的熱量，但如果持續的電活動超過基準，可能會導致持續的顱內壓升高，最終大腦不得不排出液體以減少腦幹的壓力。

腦脊液不斷流失在低顱壓情況下可能會引發頭痛、頭暈、癲癇等症狀，細菌也可以沿著腦脊液洩漏的通道進入顱內，導致嚴重的顱內感染。這可能會引起化膿性腦膜炎，對大腦神經功能造成損傷，導致患者意識障礙、肢體障礙等嚴重併發症，甚至造成生命危險。

與高溫的危害相比，大腦的低溫則具有廣泛的、多效的作用，是最有效的神經保護劑，可以從興奮性中毒(Excitotoxicity)的作用中保護大腦。

(興奮性中毒指的是穀氨酸酯及其類似物質等神經遞質的過度刺激,使神經細胞受損及死忘的病理過程)

還有研究表明，即使大腦已經在常溫下受到損傷，低溫也有助於大腦組織的保存。

腦機晶片會讓大腦過熱嗎?

根據此前Neuralink在生物學預印論文網站biorxiv上發布的學術論文中的數據，Neuralink腦機晶片的專用集成電路(ASIC)由三個部分組成，256個獨立可編程放大器(Neuralink把它叫做Analog Pixel)、片上模數轉換器(ADC)、用於序列化數位化輸出的外圍控制電路。

每個Analog Pixel消耗5.2μW，包括時鐘驅動器在內，整個ASIC功耗6mW。

ASIC構成了模塊化記錄平臺的核心，在整個腦機接口系統中，ASIC和其他專用集成電路一起放在印刷電路板上。系統由一個FPGA、實時溫度加速度與磁場傳感器、全帶寬數據傳輸USB-C連接器組成。

而根據中關村在線近日對AMD 3000XT系列處理器的功耗測試，AMD銳龍9 3900XT、AMD銳龍7 3800XT和AMD銳龍5 3600XT的功耗分別為110瓦、93瓦與71瓦。

由於1瓦等於1000毫瓦(mW)，因此計算可得，約16666個ASIC的功耗才比得上一個AMD處理器(假設為100瓦)的功耗。

因此，對於Neuralink腦機晶片的溫度我們還無需過多操心——至少它不可能像電腦CPU一樣，動不動就飆升到80、90多度。

但站在用戶的角度，我們還是希望「網紅」企業家馬斯克能夠早日披露Neuralink腦機晶片的更多數據，包括其可能對健康造成的潛在影響。這畢竟是要侵入到人類無比敏感的大腦中的技術，再多謹慎也不為過。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

參考資料：

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

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