触摸光线:老鼠装上《星际迷航》视觉仪

一种大脑假肢赋予了啮齿动物第六感——一种“看”到红外线的能力

企业号-D的首席工程师乔迪·拉福格,可以用他的环绕式视觉仪假肢感知大范围的电磁波谱。现在,一些老鼠已经获得了这些《星际迷航》道具的真实原型。

杜克大学医学中心的脑机接口专家米格尔·尼科莱利斯实验室的研究人员,为啮齿动物配备了假肢,使其能够“看到”并响应原本不可见的红外光。这项实验指向了这样一个前景,目前这仍然是未来学家们过热的幻想:增强人类的第六感或第七感,或者像视觉仪一样,具备探测全电磁波辐射的能力。它也为神经科学家探索不同感官输入和神经过程的混合,以产生新的感知形式提供了新的途径。

在2月12日发表于在线期刊《自然通讯》上的报告中,尼科莱利斯和同事们讲述了他们如何训练六只老鼠完成一项标准的实验室任务,即当腔室侧面的三个孔中的一个亮起时,将它们的鼻子伸入其中一个孔,这个动作会得到一小口水的奖励。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)然后,他们在老鼠的主要感觉皮层,即处理触觉的区域,植入了微电极。这些电刺激器随后连接到一个安装在前额的红外探测器上。当动物们回到测试腔室后,实验再次进行,三个孔中的可见光逐渐被红外光取代。


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起初,老鼠似乎有些困惑,随意地戳着腔室中的孔,可能是因为大脑皮层的“错误”部分(通常处理触觉的部分)正在解释视觉线索的电信号。渐渐地,它们的行为发生了变化,它们开始像在训练期间对可见光谱LED做出反应一样做出反应,这表明它们的大脑正在适应红外视觉。皮层的同一区域也继续正常地响应胡须的触摸以及红外信号。看看这段用红外摄像机拍摄的视频

范德比尔特大学细胞和发育生物学教授、感觉和运动系统组织专家乔恩·卡斯说:“这是一篇非常好的论文,它清楚地展示了即使在老鼠身上,主要感觉皮层也具有巨大的潜力,可以在电脉冲传递到皮层时使用全新的信息。”“作者正确地认为,这种传递方法可以用来取代失去的感觉输入,并提供新的感觉能力。”

第六感假肢可以用来加强前五个感官:如果肿瘤损伤了大脑后部的视觉皮层,那么顶部的初级感觉皮层——仍然被许多神经科学家认为不可改变地硬连接到触觉——可能会被征用来处理传入的视觉信号。杜克大学的研究人员已经开始对吼猴进行类似的实验。

该设备还可以探索大脑增强的可能性。尼科莱利斯说,这些老鼠似乎正在发展出一种新的行为形式。“我能描述的最接近的方式是说它们在触摸光线,因为它们看不到光线,”他说。“它们将这种不可见的光处理成一种新的触觉形式。因此,它们改变了头部的移动方式。它们通过头部扫视来扫描环境以寻找光线,这不是动物感知光线的典型方式。由于能够感知到新的信号,它们产生了一种探索性的行为。”

未来的实验还将评估完全发展的红外视觉的可能性——为大脑配备相当于夜视镜的设备,可以检测红外环境的所有对比度和强度。待办事项清单上还有能够感知其他形式能量(单独或以类似视觉仪的组合形式)的设备——X射线、磁场或无线电波。“试图理解是否存在极限,大脑是否真的能够适应结合大量的[电磁]能量并改变我们对世界的感知,这非常有趣,”尼科莱利斯说。

“第六感”假肢符合尼科莱利斯实验室的其他研究,这些研究正在寻找不仅可以纠正认知缺陷,还可以扩展和完善大脑的有机能力的技术——在两个老鼠大脑之间混合感官知觉是一种可能性(让人想起瓦肯人的心灵融合!)。还有计划使用脑控外骨骼让一名残疾儿童为2014年世界杯踢出第一脚球。

第六感设备可能是开发和实施《星际迷航》科学的一小步。不过,尼科莱利斯的超感机器可能还需要一段时间才能让老鼠在平行宇宙之间切换,就像视觉仪在《星际迷航:下一代》第163集“平行世界”中为沃夫中尉所做的那样。

Gary Stix, senior editor of mind and brain topics at 大众科学, edits and reports on emerging advances that have propelled brain science to the forefront of the biological sciences. Stix has edited or written cover stories, feature articles and news on diverse topics, ranging from what happens in the brain when a person is immersed in thought to the impact of brain implant technology that alleviates mood disorders such as depression. Before taking over the neuroscience beat, Stix, as 大众科学's special projects editor, was responsible for the magazine's annual single-topic special issues, conceiving of and producing issues on Albert Einstein, Charles Darwin, climate change and nanotechnology. One special issue he oversaw on the topic of time in all of its manifestations won a National Magazine Award. With his wife Miriam Lacob, Stix is co-author of a technology primer called Who Gives a Gigabyte? A Survival Guide for the Technologically Perplexed.

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