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靠谱吗?马斯克用三只猪现场演示脑机接口技术,猪脑和人脑有多相似?

作者:时间:2020-09-01 09:36浏览:

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近来,马斯克展现了其最新的脑机接口技能,经过三只猪——他在发布会上向观众展现了一只大脑被植入了脑机芯片的猪,及经过芯片测量到的猪的脑电波信号改变。别的两只猪则别离为从未植入脑机接口设备、从前植入过脑机接口设备的对照组。

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(视频截图)

关于脑机接口技能,尤其是马斯克的Neuralink所选用的侵入式脑机接口技能,安全问题无疑是最大的忧虑。马斯克之所以在猪身上演示,还特意着重小猪“生动健康”,很或许是为了向群众证明其脑机接口技能的安全性。

可是猪究竟与人类是不同物种,在猪的大脑上的演示作用有多少能够类推到人类大脑上?

为了探求这个问题,咱们研讨了猪的大脑与人类大脑的不同。

猪大脑在哪些方面与人脑类似?

除了猪以外,小白鼠、大鼠等啮齿动物在许多有关人类大脑、神经的相关研讨中也非常常见。但比起啮齿动物来说,人类的大脑在巨细、结构和组成上与猪的大脑更为挨近。

从巨细上来说,人类的大脑比啮齿类动物的大脑大750倍,但仅是猪大脑的7.5倍大。

从大脑中的细胞类型来说,人、猪和啮齿类动物的大脑都由白质和灰质组成,但成分大不一样:人脑和猪脑的白质含量都约为60%,而啮齿类动物大脑的白质含量约为10%。

白质由神经元中被髓鞘围住的突起构成,而灰质由许多的神经元胞体及其树突集合而成。脑灰质坐落脑外表,主管身体的高档功用,如言语、思想、运动等;脑白质则坐落脑部内部,是灰质的信息传导体系。

在分量上,成人大脑的分量在1300-1400克之间,而成年猪的大脑,依据种类不同,分量在80-180克之间。比较之下,老练小鼠或大鼠的大脑分量别离约为0.5克和2克。

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大脑的巨细关于许多研讨来说都很重要,例如啮齿类动物的海马体更简单遭到局灶性皮层损害,这是因为大脑体积较小,且海马体的方位和定位更往上。在人类和猪的大脑中,海马体更坐落颞叶的腹侧和深处,因而更能维护大脑不受损害。

在外形上,人类与猪的大脑都是多脑回的,意即大脑的外皮层有许多回旋,并遵从类似的脑回形式。而啮齿类动物的大脑是润滑的无脑回的,缺少脑回和脑沟。有更多脑回的大脑与更高的连通性和复杂性有关。

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哥廷根迷你猪的前额叶皮层体积占大脑总体积的10%,人脑前额叶皮层约占大脑总体积的12.5%,两者差不多适当。

在解剖学上,猪脑的背侧纹状体被内囊分裂成两个不同的结构——尾状核和壳核,人脑的纹状体也分为尾状核和豆状核,比较之下,啮齿类动物的大脑只要一个尾状壳核结构。

猪的海马体被发现在结构上比啮齿类动物更类似于人类的海马体,其脑构成程度介于啮齿类动物和灵长类动物之间。

已有许多对猪脑丘体、下丘脑、下丘脑核、脑干结构和小脑进行的描述性的、比较解剖学的研讨。与人类类似,猪的运动皮层和体感皮层等感觉皮质是按躯体方位摆放的。

在大脑发育的进程中,猪脑的髓鞘构成的时刻进程也与人类类似。2005年的一项研讨运用MRI和组织学剖析标明,猪大脑中的髓细胞在青春期发育到性老练的6个月期间会增多。相同,在人类中,髓鞘化能够继续到青春期乃至成年前期。

但啮齿动物的髓鞘构成形式与人类不同,在髓鞘构成的时刻尺度和白质总量上都存在明显差异。例如,大鼠大脑的髓鞘化大部分在3个月大时完结,且老练大鼠的脑白质含量不到12%。

髓鞘构成的这段时期对正常的大脑功用至关重要,因而被认为是发育进程中的软弱时期。

猪的大脑对损害的病理生理反响也或许更像人类。猪受伤后的免疫体系和炎症反响更类似于人类;关于存在于各种先天免疫细胞上的Toll样受体(TLRs),猪和人都有10个不同的TLR,而小鼠有12个,猪也与人有更多类似的TLR启动子序列(猪和人的类似度为71%,而小鼠和人的类似度为53%),而且具有相同的典型功用域。

在人、猪和小鼠之间进行的免疫学比较标明,与小鼠比较,猪的免疫体系在超越80%的免疫体系变量上与人类更类似。

在血管体系方面,猪和人的脑血管解剖、血管流出体系和脑血流率虽然不完全相同,但比啮齿类动物更具可比性。这或许是因为更类似的脑巨细和多脑回结构。因而,猪和人的大脑在对脑损害和随后的血管重建进程的血管反响方面表现出相同的特征。

在2018年的一项研讨中,研讨人员探讨了运用人脑磁共振弹性成像来表征猪脑动态特性的可行性。

他们应用了从40hz到90hz的广泛的驱动频率,并记录了人类和猪大脑的存储和丢失模量。他们发现人类的最佳驱动频率能够一对一转换为猪,并可靠地发生用于弹性成像后处理的剪切波。

2019年,乔治亚大学的再生生物科学中心(RBC)的研讨人员经过运用静息状况功用性磁共振成像(rs-fMRI),证明猪大脑感觉运动区域的功用衔接与人类大脑类似。这些区域包含咱们一切的感知、感觉、运动和回忆的编码区域。

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(图:人大脑(左)和猪大脑(右)的图画比较。(a)体外解剖脑和(b)磁共振脑图画。(c) 11 C-raclopride正电子发射断层扫描(PET)和(18)氟脱氧葡萄糖( 18 FDG) PET脑图画。)

综上所述,人的大脑与猪的大脑具有许多的类似性。因而,马斯克运用猪大脑来验证脑机接口技能的安全性是颇具参考价值的,虽然人体试验仍是必要的。

在脑机接口技能上,用猪试验和用人试验也仍有自在不同:猪的头骨比人类的厚40%,它的头部巨细大约是人类的两倍。

马斯克这场发布会标明,其Neuralink脑机接口技能已然切实在实地往前迈出了重要的一步,不再只是停留在纸面上。在不久的将来,咱们能够等待马斯克带来更多的好消息。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

http://www.westlaboratory.org/pig-model-of-neural-injury#:~:text=Typically%20a%20brain%20that%20has%20more%20convolutions%20%28i.e.,brain%20again%20making%20it%20an%20easily%20translatable%20model.

https://sites.psu.edu/psych256all/2013/09/19/similarities-between-humans-and-pigs/

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1751616117303727#:~: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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