今年,安德烈·波托斯基(Andrey Pototsky)和他的同事因实验工作涉及振动活蚯蚓而获得了搞笑诺贝尔物理学奖。
搞笑诺贝尔奖每年都会颁发给那些不仅引人深思,而且滑稽或不寻常的科学研究。
他们的工作会让人们笑,然后会引发思考。从表面上看,这只是两个研究人员在观察一群在扬声器上摇晃的蠕虫。
然而,通过这些观察,他们发现了一种新的、更安全的方法,可以将人脑与计算机连接起来。
他们做了什么?
首先,他们给蚯蚓注射酒精镇定剂以放松它们的肌肉。然后,用扬声器振动它们,并用激光观察每条蠕虫表面的波纹。
这种涟漪被称为法拉第波。在自然界中,青蛙在水面上制造波浪来吸引配偶。法拉第波也可以在振动的液滴上看到,当振动变得足够强烈,使液体表面不稳定。
蚯蚓主要由水组成。所以研究人员认为注射了镇静剂的蠕虫会像水滴一样振动。
当他们打开扬声器时,整只蠕虫会上下移动。但当他们将音量增加到超过“法拉第不稳定”水平时,法拉第波出现在蠕虫表面——正如所预期的那样。
值得注意的是:尽管这些非线性涟漪是“不稳定的”,但这并不意味着它们的行为是完全混乱的。事实上,法拉第波可以(经过多次试验和错误)被“编程”以某种方式表现。
但他们为什么要这么做呢?
神经冲动让神经细胞通过神经纤维(或“轴突”)相互交流。过去的研究假设神经脉冲不仅以电子信号的形式移动,而且以人类听不到的声波的形式移动。他们也相信这是事实。
声音和振动都可以穿过人类的皮肤、骨骼和组织,而不会造成伤害。这就是医学超声成像的方法。“超声波”只是指频率高于人类听觉上限的声波。
声波也可以形成“孤子”。这些波可以移动很长一段距离,彼此通过而不发生任何变形。它们保持自己的形状。运河中的水波可以像孤波一样移动。
然而,很难在人的神经中检测到孤子。这就是为什么研究人员转而研究蚯蚓的神经,这是一个有效的模型。
超声波振动能传递思想吗?
如果未来的研究能够证实神经冲动确实以孤波的形式在神经纤维中传播,那么他们对振动蠕虫中法拉第波的发现就显得尤为重要。
这可能表明大脑中产生和改变神经脉冲的潜力。通过外部产生不同频率的超声波,例如在移动设备上,我们可以在大脑组织中触发法拉第波。
研究人员认为这些会与大脑的神经脉冲相互作用,激活与“思想”相对应的特定信号。
如果神经脉冲在大脑中以孤波的形式传播,那么它们在整个过程中都会保持自己的形态。这将确保传递的“思想”在被大脑处理之前保持一致。
上述过程相当于“编程”人类的思想。
人脑与计算机接口的潜力
人们曾多次尝试将人脑与计算机连接起来。包括埃隆·马斯克(Elon Musk)的Neuralink在内,越来越多的高科技公司计划将针状电极植入人脑以实现这一目标。
这将使知识(例如如何驾驶直升机或说外语)在短短几分钟内从电脑直接传输到人的大脑。当然,科学家们离知道如何真正做这么复杂的事情还有很长的路要走。
然而,这种方法是非常侵入性的,并造成重大的健康风险,如脑组织炎症或脑损伤。
但是研究人员相信,在进一步详细研究的情况下,新的研究结果可能有助于在人脑和电脑之间建立一种更安全、更健全的联系——一种不用不安全的针状电极工作的联系。
最近,光纤中的孤子被用来实现世界最高数据传输记录。因此,作为孤子移动的神经信号应该能够帮助向人类大脑传输高速率的数据。
现在发生了什么?
目前,还不能说有确凿的科学证据证明法拉第波可以与蚯蚓体内的自然神经脉冲相互作用。
也就是说,生物模型表明当法拉第波振荡的频率与神经脉冲的频率一致时,这两种波之间应该有很强的相互作用。
目前没有任何模型能够准确地预测允许这种相互作用所需要的频率。科学家必须进行很多次的试验和错误测试才能发现这一点。
到此为止,安德烈已经向几个神经生物学研究团体提出了他们的想法,并从总体上得到了积极的反馈。最终,他们希望他们的工作能够对高科技公司以及研究类似问题的同事有所帮助。
他们还在继续探索。
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