用超声波“读心”？背后科学靠谱吗？

基于磁共振成像数据绘制的大脑神经示意图。图片来源：Thom Leach/Science Photo Library 脑植入物已开始帮助重度残障人士近乎实时地说话甚至唱歌。如今，一家公司希望通过使用超声波——一种超出人类听觉范围的高频声波——在无需将电极深入大脑的情况下读取人们的思想并治疗精神疾病。Merge Labs上月成立，其目标描述模糊，是蓬勃发展的脑机接口（BCI）市场中的众多公司之一。使其脱颖而出的是2.52亿美元的投资，投资方包括总部位于加利福尼亚州旧金山的人工智能公司OpenAI。这家初创公司被宣传为埃隆·马斯克的Neuralink的竞争对手，Neuralink生产的设备可检测和操控大脑中的电活动，目前已在患者中进行试验。《自然》杂志询问了研究人员Merge Labs背后的团队以及该公司的方法是否基于可靠的科学。Merge Labs是什么？这家营利性公司称自己是一个研究实验室，而非专注于快速投资回报的公司。它脱胎于位于加利福尼亚州洛杉矶的非营利研究组织Forest Neurotech。Merge Labs的联合创始人包括三位研究人员：Forest Neurotech的首席科学官Tyson Aflalo、首席执行官Sumner Norman，以及帕萨迪纳市加州理工学院的脑机接口研究员、Forest Neurotech顾问Mikhail Shapiro。其他联合创始人包括科技企业家Alex Blania、Sandro Herbig以及OpenAI首席执行官Sam Altman。该公司的脑机接口方法与Neuralink有何不同？Merge Labs似乎正在开发超声波技术，用于成像和调节大脑活动。这种方法的侵入性远低于Neuralink式设备，因为它要么将传感器植入颅骨正下方，要么通过颅骨上的窗口进行操作，而不是深入大脑。英国普利茅斯大学的神经科学家Elsa Fouragnan（与Forest Neurotech有合作）表示，电子设备是固定的，只能在植入电极的地方进行交互，而超声波可以监测大脑的非常大区域并刺激多个部位，这可能有助于治疗抑郁症等多方面的疾病。与Neuralink一样，Merge Labs似乎也将使用人工智能来解码大脑活动。超声波如何与大脑相互作用？传统的超声成像原理类似声纳，通过声波在组织上的反射来构建身体内部图像。功能性超声则更为复杂：它分析返回的超声波在遇到移动物体散射时其频率和振幅的变化，以检测血细胞的运动并估计流量。Fouragnan说，当神经元非常活跃时，它们需要更多氧气，这会导致血流变化，从而揭示大脑活动。“它会生成一张地图，有活动时显示红色，没有活动时则不显示。”超声波还可用于刺激神经元。当多束声波聚焦于一个点时，声波会改变神经元周围的压力，从而改变它们的放电率。Merge Labs暗示可能将这种聚焦超声与一种更具推测性的方法——声遗传学（利用基因工程使特定细胞对声波更敏感的技术）相结合。使用超声波有哪些缺点？瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学的神经技术研究员Giacomo Valle表示，尽管这种方法比脑内设备侵入性小，但仍需要手术才能到达颅骨下方。此外，虽然超声波可以以高空间分辨率（约0.2毫米）读取大脑，但这种方法相对较慢，因为血流是大脑活动的间接指标，存在滞后性。伦敦帝国理工学院的神经信息学家、脑机接口公司Cogitat的联合创始人Dimitrios Adamos说：“如果目标是交互式脑机接口，即系统能够足够快地响应以感知患者的意图——例如解码他们的语言——那么基于血流的方法面临着‘根本限制’。”这种技术在哪些用途上显示出潜力？尽管使用超声波实时与大脑交互存在挑战，Merge Labs仍在采用这种方法来构建脑机接口。该公司的研究人员已使用超声设备解读猴子的预期动作1，并检测人类弹吉他、玩电子游戏等动作背后的大脑活动2。除脑机接口外，超声波在其他治疗形式上也有前景。Fouragnan说，此类设备可以作为侵入性更低、更灵活的替代方案，取代深部脑电刺激，用于治疗癫痫以及涉及大脑多个部位的疾病，如耳鸣、重度抑郁症、成瘾和饮食失调。颅骨下设备相比现有的从头部外部使用聚焦超声治疗神经疾病的努力也具有显著优势。