如果我們能夠編輯我們的感覺，如果我們可以在大腦中粘貼從未見過的圖片，剪切多餘的疼痛，或者將不存在的氣味插入記憶之中，這又如何呢?
美國加州大學伯克利分校的神經科學家們正在建造這樣的設備：把全息圖像投射至大腦，一次性激活或抑制數十個，乃至最終是成千上萬的神經元，從而模仿大腦活動的真實模式以欺騙大腦和改變記憶。
視頻顯示了小鼠大腦中的一小塊感覺皮層的三層神經元活動。激活的神經元發出綠色螢光。被全息雷射激活的神經元則用紫色箭頭表示。全息系統藉助顯微鏡把全息雷射投射到大腦，然後激活神經元以模擬真實的大腦活動，並且植入虛假的幻覺。
研究人員的目標是不斷地閱讀神經活動，並相應地決定激活哪組神經元以模擬實際大腦反應的模式和節奏，從而在外圍神經損傷後替換失去的感覺或控制假肢。
加州大學伯克利分校Hillel Adesnik實驗室的博士後，分子與細胞生物學助理教授Alan Mardinly解釋道：「這在神經假肢領域有很大的潛力，因為大腦解釋活動要求非常高的精度來解析激活模式。如果你可以讀寫大腦的語言，你就能夠用它的語言說出來，而且這可以更好地解釋信息。這只是漫長之路的其中第一步，最終目標是開發出包含更多感官或增強感官的虛擬大腦植入物。」
研究人員於4月30日把論文發表在了《Nature Neuroscience》期刊，而Mardinly是三位第一作者中的其中一位。他描述了一種全息大腦調節器，其一次最多可以激活50個神經元，而這樣的過程1秒可以重複最多300次，每次處理50個神經元。
Helen Wills Neuroscience Institute學院的負責人，分子和細胞生物學教授Ehud Isacoff(他沒有參與至該項研究)指出：「與大腦溝通的技術存在無限的潛力，可以幫助修復由退化性疾病或物理傷害造成的神經損傷。通過將感知編碼至人類皮層，你可以幫助盲人重獲視力，或者讓癱瘓患者感覺到觸感。」
1. 全息投影
大腦中的2000至3000個神經元中都配有一種蛋白質，當被雷射刺激時它們就會啟動細胞並產生短暫的活動。關鍵的突破之一是，尋找一種能夠單獨瞄準每一個細胞，無需一次性刺激全部的方法。
這個全息圖示例包含50個隨機分布在500微米寬，250微米深區域的神經元目標。
為了只把光線聚焦在細胞體(比人類頭髮的寬度還小)，他們轉向由計算機生成的全息術，一種彎曲和聚焦光線以形成三維空間模式的方法，其效果就好像3D圖像在空間中漂浮那樣。
在這種情況下，系統利用一個通向大腦的清晰窗口把全息圖像投射到大腦皮層表面的一層薄薄的組織中，大約十分之一毫米厚。
另一位論文第一作者，博士後Nicolas Pégard，以及共同作者，電子工程與計算機科學的主力教授Laura Waller說道：「主要的進步是能夠精確地在空間和時間上控制神經元。換句話說，你可以自由激活非常特定的一組神經元，並且是以特有的規模和它們通常工作的速度進行。」
研究人員讓小白鼠在跑步機上行走，並且固定住頭部，然後在小鼠大腦的觸覺，視覺和運動區域測試了原型。雖然他們沒有注意到當大腦受刺激時小鼠出現任何行為改變，但Mardinly表示，他們的大腦活動顯示出一種類似於反應感官刺激時的模式。研究人員現正訓練小白鼠，以便檢測刺激後的行為變化。
2. 假肢與大腦植入物
Pégard指出，當前覆蓋的大腦區域是0.5平方毫米寬和0.1毫米厚的切片，而這個區域可以放大，從而讀取和寫入大腦外層或皮層中的更多神經元。另外，雷射全息設備最終可以小型化至能夠塞進隨身攜帶的背包的大小。
Mardinly，Pégard和另一位第一作者，博士後Ian Oldenburg合作開發了全息大腦調節器。Mardinly和Oldenburg，以及實驗室的研究助理Savitha Sridharan一起開發了更好的光刺激開關。這個開關能夠迅速打開和關閉，在大約3毫秒內完成，所以它們可以每秒重新刺激50次以上，這與皮層正常的放電率一致。
Pégard則開發了全息投影系統。這個系統採用了液晶顯示器，能夠將來自40W雷射器的光線雕刻成所需的3D圖案。
Mardinly指出：「研究人員一直在研究多種技術，但一直無法將其整合在一起。我們則同時解決了大量的技術問題，將它們結合在一起，並最終實現了這項技術的潛力。」
隨著技術的不斷改進，他們計劃捕捉皮層中的真實活動模式，從而了解如何通過全息系統重現感覺。
其他共同作者包括研究生Evan Lyall，本科生Kirill Chesnov，以及分子和細胞生物學助理教授Stephen Brohawn。值得一提的是，該研究得到了紐約幹細胞基金會，阿諾德和梅貝爾貝克曼基金會，美國國家神經疾病與中風研究所，麥克奈特基金會，西蒙基金會全球大腦合作組織，大衛和露西爾帕卡德基金會，以及美國國防部高級研究計劃署的支持。
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