半機械人」生物的新突破，使人類和AI融合成為可能

2020-08-26 鈦媒體APP

文丨學術頭條

從始至終，大腦都是我們身體上最「神秘」的部分，作為「總司令」控制著我們的行動與思考。這團軟綿綿的東西包含著成千上萬的神經組織，有著極其精細的內部結構。如果能與計算周密的機器結合在一起，那潛在功能將變得強大的不堪設想。

雖然真正的半人半機器人的結合體只是出現在科幻小說中，但科學家在人體與機器融合的道路上的探索從未停歇。

事實上，相關科研之所以進展緩慢，是由於機器的常用材料——金、矽和鋼等在植入人體後會造成瘢痕。並且，將電子設備與人體組織連接也是一個重大的挑戰。強行植入的傷疤不僅會造成人體內損傷，還會中斷電腦與肌肉或腦組織之間的電信號流動。

迄今為止，這是一個難以翻越的複雜難題。

有趣的是，近日，德拉瓦大學的一組研究人員開發了一種新的、生物相容的電子植入物聚合物塗層，這可能是更好地理解這種生物黑盒子的關鍵。

這些聚合物不僅會比無機塗層電子器件在生物組織上留下更少的疤痕，而且還能讓科學家微調聚合物的敏感性——這可能為創建有害疾病存在的早期預警系統創造條件。

而且，這一突破性進展也是將電子設備與人體集成從而創造出半人半機器人的「半機械人」生物的重要一步。

該研究的主要作者，德拉瓦大學生物醫學工程教授 David Martin 表示，目前的技術正在被用於開發生物相容的電子產品，如起搏器，耳蝸植入物和深度大腦刺激。關鍵的是，這些技術都面臨著局限性，而他的團隊的創新可以解決這個問題。

相關研究成果於 8 月 17 日在美國化學學會(ACS) 2020年秋季線上會議和博覽會上展示。

David Martin 說:「我們之所以想研究這個項目，是因為我們試圖將堅硬的無機微電極與大腦連接起來，但大腦是由有機的、含鹽的、有生命的材料構成的。」

當將無機電子集成到大腦中遇到困難時，這個團隊偶然發現了對更好的生物相容性界面的需要：「事實上項目一開始進展得不好，所以我們認為肯定有更好的辦法。我們開始研究有機電子材料，比如用於非生物設備的共軛聚合物。」

在對一些材料進行實驗後，這個團隊想到了一個不太可能成功的材料。

Martin 說，「我們發現了一種化學穩定的樣品，被作為電子顯示器的防靜電塗層出售。經過測試，研究人員發現這種聚合物具有連接硬體和人體組織所必需的性能。

這種聚合物塗層稱為聚(3,4-乙烯二氧噻吩)或 PEDOT，具有電活性和離子活性，研究人員解釋說，這有助於降低它的阻抗(即它對流動電荷的反對)，與沒有這種塗層的電子相比，能夠降低 3 到 4 個數量級。

由於它的低阻抗，這種塗層還能夠增加設備的信號強度和電池壽命。除了這些基本的優點，研究人員表示，這些聚合物還可以被調整以增加特定的功能特性。

在乙烯二氧噻吩(EDOT)單體上加入羧酸、醛或馬來醯亞胺取代物，使研究人員具有製造多種功能的聚合物的多功能性。Martin 解釋說，他們可以在這些改良的 PEDOTs 中有效地添加任何肽、抗體甚至 DNA。

「說出你最喜歡的生物分子，原則上你就可以製作出含有任何你可能感興趣的生物功能基團的 PEDOT 薄膜。」

為了測試了這種特性，他們在薄膜中加入了一種抗體，這種抗體能夠檢測特定的血管生長激素被腫瘤劫持的情況。血管內皮生長因子刺激血管損傷後的生長，腫瘤劫持這種蛋白質以增加其血液供應。

結果表明，該團隊開發的聚合物可以作為傳感器檢測VEGF的過表達，從而在早期階段檢測到疾病的發生，以及其他潛在的應用。

事實上它的功能遠不止這些，比如，其他功能化聚合物薄膜可以幫助治療大腦或神經系統疾病。到目前為止，該團隊已經製造了一種與多巴胺結合的聚合物（多巴胺在成癮行為中起作用）。

Martin 表示，這種聚合物塗層除了可以用於診斷外，還可以用於腦機接口，甚至用於人工智慧與人腦的結合。雖然未來主義的、類似終結者的半機器人仍在科幻小說的範圍內，但 Martin 說，這一領域的研究正在迅速發展。

「在現實生活中，我們已經看到癱瘓的人能夠用大腦控制電腦屏幕上的光標和假肢，」Martin 說，「最近，葛蘭素史克(Glaxo Smith Kline)和埃隆•馬斯克(Elon Musk)的Neuralink 等大公司也加入了這個遊戲；這項技術正在迅速發展，很明顯，未來會有一些顯著的突破。」

至於這項研究，Martin 說他們的下一步將是更好地了解如何調整這些聚合物的行為，然後(最終)將它們納入生物體中。

Martin 說，他的夢想是能夠定製這些材料在表面的沉積方式，然後將它們放入活體組織中。「在生物體內以可控的方式進行聚合的能力將是令人著迷的。」

參考資料：

Society, A. C. (2020, August 17). New 「Cyborg」 Technology Could Enable Merger of Humans and AI. SciTechDaily. https://scitechdaily.com/new-cyborg-technology-could-enable-merger-of-humans-and-ai/

Material found by scientists 「could merge AI with human brain.」 (2020, August 17). The Independent. https://www.independent.co.uk/life-style/gadgets-and-tech/news/artificial-intelligence-brain-computer-cyborg-elon-musk-neuralink-a9673261.html

Groundbreaking new material 「could allow artificial intelligence to merge with the human brain.」(n.d.). MSN. Retrieved August 19, 2020, from https://www.msn.com/en-gb/news/techandscience/groundbreaking-new-material-could-allow-artificial-intelligence-to-merge-with-the-human-brain/ar-BB1836wm

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