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？
时间：2020-08-31 来源：前瞻网 作者：佚名
近日，马斯克展示了其最新的脑机接口技术，通过三只猪——他在发布会上向观众展示了一只大脑被植入了脑机芯片的猪，及通过芯片测量到的猪的脑电波信号变化。另外两只猪则分别为从未植入脑机接口设备、曾经植入过脑机接口设备的对照组。
对于脑机接口技术，尤其是马斯克的Neuralink所采用的侵入式脑机接口技术，安全问题无疑是最大的担忧。马斯克之所以在猪身上演示，还特意强调小猪“活泼健康”，很可能是为了向大众证明其脑机接口技术的安全性。
但是猪毕竟与人类是不同物种，在猪的大脑上的演示效果有多少能够类推到人类大脑上?
为了探究这个问题，我们研究了猪的大脑与人类大脑的不同。
猪大脑在哪些方面与人脑相似？
除了猪以外，小白鼠、大鼠等啮齿动物在许多有关人类大脑、神经的相关研究中也十分常见。但比起啮齿动物来说，人类的大脑在大小、结构和组成上与猪的大脑更为接近。
从大小上来说，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包围的突起构成，而灰质由大量的神经元胞体及其树突聚集而成。脑灰质位于脑表面，主管身体的高级功能，如言语、思维、运动等;脑白质则位于脑部内部，是灰质的信息传导系统。
在重量上，成人大脑的重量在1300-1400克之间，而成年猪的大脑，根据品种不同，重量在80-180克之间。相比之下，成熟小鼠或大鼠的大脑重量分别约为0.5克和2克。
大脑的大小对于很多研究来说都很重要，例如啮齿类动物的海马体更容易受到局灶性皮层损伤，这是因为大脑体积较小，且海马体的位置和定位更往上。在人类和猪的大脑中，海马体更位于颞叶的腹侧和深处，因此更能保护大脑不受伤害。
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很多回旋，并遵循类似的脑回模式。而啮齿类动物的大脑是光滑的无脑回的，缺乏脑回和脑沟。有更多脑回的大脑与更高的连通性和复杂性有关。
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%，两者差不多相当。
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，相比之下，啮齿类动物的大脑只有一个尾状壳核结构。
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，其脑形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、比较解剖学的研究。与人类相似，猪的运动皮层和体感皮层等感觉皮质是按躯体位置排列的。
在大脑发育的过程中，猪脑的髓鞘形成的时间过程也与人类类似。2005年的一项研究使用MRI和组织学分析表明，猪大脑中的髓细胞在青春期发育到性成熟的6个月期间会增多。同样，在人类中，髓鞘化可以持续到青春期甚至成年早期。
但啮齿动物的髓鞘形成模式与人类不同，在髓鞘形成的时间尺度和白质总量上都存在显著差异。例如，大鼠大脑的髓鞘化大部分在3个月大时完成，且成熟大鼠的脑白质含量不到12%。
髓鞘形成的这段时期对正常的大脑功能至关重要，因此被认为是发育过程中的脆弱时期。
猪的大脑对损伤的病理生理反应也可能更像人类。猪受伤后的免疫系统和炎症反应更类似于人类;对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，猪也与人有更多相似的TLR启动子序列(猪和人的相似度为71%，而小鼠和人的相似度为53%)，并且具有相同的典型功能域。
在人、猪和小鼠之间进行的免疫学比较表明，与小鼠相比，猪的免疫系统在超过80%的免疫系统变量上与人类更相似。
在血管系统方面，猪和人的脑血管解剖、血管流出系统和脑血流率虽然不完全相同，但比啮齿类动物更具可比性。这可能是由于更相似的脑大小和多脑回结构。因此，猪和人的大脑在对脑损伤和随后的血管重建过程的血管反应方面表现出相同的特征。
在2018年的一项研究中，研究人员探讨了利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损失模量。他们发现人类的最佳驱动频率可以一对一转换为猪，并可靠地产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)的研究人员通过使用静息状态功能性磁共振成像(rs-fMRI)，证明猪大脑感觉运动区域的功能连接与人类大脑相似。这些区域包括我们所有的感知、感觉、运动和记忆的编码区域。
综上所述，人的大脑与猪的大脑具备诸多的相似性。因此，马斯克使用猪大脑来验证脑机接口技术的安全性是颇具参考价值的，尽管人体试验仍是必要的。
在脑机接口技术上，用猪实验和用人实验也仍有些许不同：猪的头骨比人类的厚40%，它的头部大小大约是人类的两倍。
马斯克这场发布会表明，其Neuralink脑机接口技术已然切切实实地往前迈出了重要的一步，不再仅仅停留在纸面上。在不久的将来，我们可以期待马斯克带来更多的好消息。
编译/前瞻经济学人APP资讯组
责任编辑 乔春玲
对于脑机接口技术，尤其是马斯克的Neuralink所采用的侵入式脑机接口技术，安全问题无疑是最大的担忧。马斯克之所以在猪身上演示，还特意强调小猪“活泼健康”，很可能是为了向大众证明其脑机接口技术的安全性。
但是猪毕竟与人类是不同物种，在猪的大脑上的演示效果有多少能够类推到人类大脑上?
为了探究这个问题，我们研究了猪的大脑与人类大脑的不同。
猪大脑在哪些方面与人脑相似？
除了猪以外，小白鼠、大鼠等啮齿动物在许多有关人类大脑、神经的相关研究中也十分常见。但比起啮齿动物来说，人类的大脑在大小、结构和组成上与猪的大脑更为接近。
从大小上来说，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包围的突起构成，而灰质由大量的神经元胞体及其树突聚集而成。脑灰质位于脑表面，主管身体的高级功能，如言语、思维、运动等;脑白质则位于脑部内部，是灰质的信息传导系统。
在重量上，成人大脑的重量在1300-1400克之间，而成年猪的大脑，根据品种不同，重量在80-180克之间。相比之下，成熟小鼠或大鼠的大脑重量分别约为0.5克和2克。
大脑的大小对于很多研究来说都很重要，例如啮齿类动物的海马体更容易受到局灶性皮层损伤，这是因为大脑体积较小，且海马体的位置和定位更往上。在人类和猪的大脑中，海马体更位于颞叶的腹侧和深处，因此更能保护大脑不受伤害。
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很多回旋，并遵循类似的脑回模式。而啮齿类动物的大脑是光滑的无脑回的，缺乏脑回和脑沟。有更多脑回的大脑与更高的连通性和复杂性有关。
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%，两者差不多相当。
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，相比之下，啮齿类动物的大脑只有一个尾状壳核结构。
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，其脑形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、比较解剖学的研究。与人类相似，猪的运动皮层和体感皮层等感觉皮质是按躯体位置排列的。
在大脑发育的过程中，猪脑的髓鞘形成的时间过程也与人类类似。2005年的一项研究使用MRI和组织学分析表明，猪大脑中的髓细胞在青春期发育到性成熟的6个月期间会增多。同样，在人类中，髓鞘化可以持续到青春期甚至成年早期。
但啮齿动物的髓鞘形成模式与人类不同，在髓鞘形成的时间尺度和白质总量上都存在显著差异。例如，大鼠大脑的髓鞘化大部分在3个月大时完成，且成熟大鼠的脑白质含量不到12%。
髓鞘形成的这段时期对正常的大脑功能至关重要，因此被认为是发育过程中的脆弱时期。
猪的大脑对损伤的病理生理反应也可能更像人类。猪受伤后的免疫系统和炎症反应更类似于人类;对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，猪也与人有更多相似的TLR启动子序列(猪和人的相似度为71%，而小鼠和人的相似度为53%)，并且具有相同的典型功能域。
在人、猪和小鼠之间进行的免疫学比较表明，与小鼠相比，猪的免疫系统在超过80%的免疫系统变量上与人类更相似。
在血管系统方面，猪和人的脑血管解剖、血管流出系统和脑血流率虽然不完全相同，但比啮齿类动物更具可比性。这可能是由于更相似的脑大小和多脑回结构。因此，猪和人的大脑在对脑损伤和随后的血管重建过程的血管反应方面表现出相同的特征。
在2018年的一项研究中，研究人员探讨了利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损失模量。他们发现人类的最佳驱动频率可以一对一转换为猪，并可靠地产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)的研究人员通过使用静息状态功能性磁共振成像(rs-fMRI)，证明猪大脑感觉运动区域的功能连接与人类大脑相似。这些区域包括我们所有的感知、感觉、运动和记忆的编码区域。
综上所述，人的大脑与猪的大脑具备诸多的相似性。因此，马斯克使用猪大脑来验证脑机接口技术的安全性是颇具参考价值的，尽管人体试验仍是必要的。
在脑机接口技术上，用猪实验和用人实验也仍有些许不同：猪的头骨比人类的厚40%，它的头部大小大约是人类的两倍。
马斯克这场发布会表明，其Neuralink脑机接口技术已然切切实实地往前迈出了重要的一步，不再仅仅停留在纸面上。在不久的将来，我们可以期待马斯克带来更多的好消息。
编译/前瞻经济学人APP资讯组
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