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從《天人》中的神秘腦中金屬片看40年來相關科技發展有感           作者:勒曼醫院見習:小王 (2021年11月)

 

腦中神秘的腦中金屬片

在《天人》這個故事中,提到了一群來自外星的生命體,在地球上選取了十萬分之一的人類作為觀察對象,以蒐集數據。故事中並未提及它們選取人類作為實驗對象的目的以及實驗結果的用途,不過從樣本選取量和試驗週期來看,它們的實驗結果應該符合統計學意義。對於實驗的目的以及用途深究的意義不大,姑且相信其實驗施行者不含惡意,然而其所運用的技術放在40年後的今天仍然有借鑒的價值。

 

這群外星高級生命的實驗對象是人類,蒐集的資料是人類的思想活動,即腦電波的活動。由於在它們的認知中,地球人類的腦電波強度較弱,因此需要藉助實驗工具才能實現對地球人類的腦電波記錄。它們所使用的實驗工具非常巧妙——是一小塊植入實驗對象腦組織中的金屬片。這個深植在實驗對象腦組織中的金屬片有著幾個主要的功能,其中最主要的功能就是蒐集實驗對象的腦電波,並傳回以供存貯和分析。而其它功能還包括:定位實驗對象的位置,監控實驗對象的狀態,以及適時的給予實驗對象一定程度生理上的刺激以幫助實驗對象應對一些危難情況和操控實驗對象的一些行為。可以大致總結為這是一塊集合資料蒐集、傳輸、定位、監視、和操控為一體的生物芯片(Biochip)。

 

該生物芯片本身直觀的外形是一塊銀白色的金屬片,所植的位置處於實驗對象的左右半腦之間。根據原文得知,該生物芯片對X射線有較強的吸收能力,因此可以通過X光診斷從而確定其在實驗對象頭顱中的位置。雖然確知其主要材質為金屬,具體為何種金屬亦或是合金並未在文中有說明。而其合成方式卻極其巧妙——由實驗對象身體中富集的金屬元素為原料在顱內原位合成(in situ synthesis)。更有趣的是該實驗用金屬片有人體可降解這一特性,使得在實驗結束之後大多數金屬片會被降解,且對人體無害或者損害極微。

 

在該生物芯片被提出的年代,即40年前,集合如此多功能及特性的生物芯片是確然沒有的,亦不存在於近當年的科研文獻記載中。那麼在科技有長足發展的今日(2021年),是否有技術達到或者接近當時倪匡老師在《天人》一文中所描述的這種生物芯片呢?顯然集合了以上所有功能與特性的生物芯片時至今日仍然未能達成,但分開來看,這些功能與特性已經在不同的科技產物中得以實現。下面將在該綜述中一一分析。

 

 

現今地球人的生物芯片技術

現今地球上,生物芯片已經有了成熟的技術發展,其主要用途是進行高通量的分析檢測,檢測目標主要從小到無機化學組分,小/大分子有機物,再到蛋白質,核酸,大到細胞等不同生物組分1。人類最早研發出用於實驗室內進行藥物篩選的生物芯片的時間是1996年2,由此開始了人類進行快速高通量的進行生物學分析檢測的紀元。這類芯片的原理大多為集成各種探針于芯片表面,通過與待檢測目標中的有效組分特異性結合(蛋白質與抗體,核酸堿基對)來捕獲有效組分完成檢測1。芯片所檢測的數據則通過電腦有不同的系統進行分析,主要有吸光度,熒光強度,質譜法等等1

 

同《天人》中外星生命體所使用的生物芯片相比,顯然在這短短的40年時間內地球上發展出的生物芯片在功能和特性上還遠遠不足。地球人的生物芯片儘具有檢測和分析功能,並不具備刺激觀察對象生理反應和操控觀察對象行為的能力。誠然,地球人的生物芯片不具備調控與刺激的功能很大部分是由於生物倫理學的原因而並未如此設計,並不是技術水平上有所不足。還有一點是地球人的生物芯片在實驗數據傳輸技術(data transfer)上是不如該外星生命的——受限於人類通常將實驗機構與分析機構分設的社會形式。當然近年來地球人也有設計較為先進的生物芯片本身具有數據傳輸的功能,通過藍牙或者移動熱點(WI-FI)可以將檢測數據上載到分析機構以提高效率3,在這一點上,地球人的技術也是迎頭趕上。

 

地球人研發的生物芯片對比《天人》中外星生命體所使用的生物芯片,最大的差距主要有兩點。第一點是生物芯片的使用壽命。地球人研發的生物芯片通常為一次性的,即做完一次檢測分析後便失去作用,需要即用即換。而且這些芯片大多為體外使用,極少植入人體或受試動物體內。而對於這群外星生命體來說,觀察檢測人類的腦活動是一項長期行為,因此由它們植入受試者腦內的生物芯片是長期穩定的存在且工作的。由於外星生物芯片需要長期穩定的在體內環境工作,就引出了第二點優於地球生物芯片的地方,即材料的優越性。《天人》原文中描寫外星生物芯片的合成材料來自於受試者身體內富集的金屬元素,並且在實驗完成之後整個芯片可以在受試者體內被無害的降解。這種取自受試者自體且可降解的材料一直是近年來地球上生物材料學家研發的熱門,不論其合成的方式還是合成降解過程的把控,都是生物材料學界努力的目標4。通過原位合成生物材料來組建生物芯片在未來也同樣很有前景。

 

 

生物芯片領域在未來可借鑒的發展方向

生物芯片是一種用於檢測分析的工具,這一點是不論《天人》原文中的外星科技還是當代人類所掌握的生物芯片皆是如此。而地球人的生物芯片如今的發展趨勢是更高的通量,更廣譜的檢測範圍(檢測內容),更靈敏的檢測精度與速度,更小的體積,更具生物適配性的材料1。其中提高通量和增加檢測內容可以結合地球上現有的其他科技產品,比如現如今很流行的具有測量脈搏呼吸心跳並上傳到雲端等功能的iWatch手錶。生物芯片與iWatch結合,就可以實現檢測-數據上傳-雲端分析-給出結論的一體化。儘管現今地球人的生物倫理不支持再給以上裝置直接裝載刺激人體以改變人體行為的功能,但實現檢測-數據上傳-雲端分析-給出結論的生物芯片將給予個人通過分析的結論選擇對應自身的醫療或改善方案的權力。對於體內原位合成芯片這一點,放在今天是個十分新穎的想法,但是適用性並不是那麼廣。因為並不是所有的檢測都有一個長週期,也不是所有的檢測需求體內微環境。利用實驗對象體內的金屬元素原位合成這個過程很像是體內誘導成骨的過程。人類骨骼的主要成分是羥基燐灰石(Hydroxyapatite),即一種金屬鹽。骨骼的自然形成過程是由dental matrix protein-1 (DMP1)蛋白誘導的無機磷酸鈣鹽在有機I型膠原束的gap zone上結晶的過程5。而現今人類也發展出通過Bone morphogenetic protein-2 (BMP2)蛋白誘導的體內異位成骨的技術,而這異位成骨形成的骨片也可以通過刺激免疫細胞(巨噬細胞)形成破骨細胞來降解6。編碼諸如DMP1或者BMP2這類有富集人類體內特定金屬鹽功能的蛋白質的遺傳密碼存在於體內每一個有完整細胞核的細胞中,通過一些刺激就可以表達。這些可控的體內異位成骨完全有作為體內生物芯片組成材料的潛質,同時也證明了倪匡老師在40年前的設想的可行性。在《天人》這個故事中,外星生命的生物芯片對觀察對象腦活動的記錄分析反而不是劇情的重點,這個裝置把劇情推向高潮的是它能調控受試者的生理機能使受試者安然度過絕境。同上所述地球人類現階段的倫理上不允許在未經他人自身意願下調控其身體,但完全可以結合GPS定位系統與緊急求助電話等功能,使地球人的生物芯片在檢測到使用者的生命處在危險境地時,令之更有機會獲得救助。

 

 

人腦與人工智能的結合
我們現今對人腦活動的研究指出,人神經新號的傳遞是由神經細胞內外鈣離子和鉀離子的電位差來實現的7。因此人腦活動的時候會產生腦電波。而人類的腦電波正是《天人》中外星生命所要檢測分析的目標。之所以該外星生命在人腦中製造生物芯片來採集人類腦電波樣本是因為在它們眼中,人類腦電波的強度太弱,因之需要在原位採樣。而人類在醫療領域對人腦電波的檢測也需要依靠連接皮膚的電極來接受微弱的生物電新號。這一前提使得外星生命體在人腦中植入芯片的情節顯得合忽情理。然而人類腦電波的強度雖然不夠強,亦不是一無是處,近年已經有科學家嘗試結合智能芯片技術來「放大」人類腦電波。2016年由Neurallink公司啟動的人腦與計算機應用程式的互聯計劃就是一個大膽的嘗試。與《天人》中外星生命的生物芯片形式時分類似,Neurallink提出的概念亦是在人腦中植入微型芯片,用以接收人腦活動所產生的腦電波。所不同的是其目的並不是為了獲知植入者的想法,而是使受植入者可以通過芯片,用腦電波的形式遠程操控計算機程式,以實現「隔空御物」的一種腦-機平台8。這種腦-機平台可以理解為一種植入式的腦電波放大裝置,如果在不久的將來得以實現,地球人類也將擁有如《原振俠傳奇》中外星文明所具備的一些超能力。更令人自豪的是按照原文,這些外星文明達到這一水平花費了千萬年,而地球人從倪匡老師提出概念發展到如今不過40餘年。

 

 

討論

這篇綜述選取了40年前倪匡老師的小說《天人》中的外星科技——植于人腦中的金屬生物芯片為討論目標,整理了該裝置的功能並總結了其先進性。從外星生物芯片的概念出發,對比了近40年來地球上發展出的功能應用相類似的科技,無論是功能上還是實用性上都大幾乎能符合倪匡老師在40年前的「預言」,讓人大有地球人追上外星文明也並不是完全不可能之感。但是科技發展速度極快也會產生令人擔憂的地方,因為駕馭科技的是人,而駕馭科技的水平與人類的道德水平是息息相關的。就拿Neurallink提出的腦-機平台為例:在人腦中植入芯片使人具有了隔空御物的超能力,而如何保證植入者在道德的規範下使用超能力將引發新的問題。

 

從遠了說開去,外星文明為何想探知地球人類的腦電波?僅僅只是因為人類的腦活動弱嗎?以我的觀點來看,我覺得這是因為地球人類有隱藏自己真實想法的習慣,亦或者說讓外星文明覺得人類不真誠非得去探究下人類的真實想法。地球人類不夠真誠這一點在倪匡老師的其他作品中也有體現。人類受限於只有五感,缺乏直接獲知相互之間想法的能力,語言和動作就成了人與人間接了解的途徑。地球人生活在一個三維的空間,由於人類的感官只能感知三個維度,因此人腦中活動產生的真實想法成了人的內稟屬性。人類善於隱藏這個內稟屬性,而外星文明對人類的這個內稟屬性好奇,故而會進行探究。

 

說一句題外話,在《天人》這個故事中,不止是外星人覺得地球人不坦誠,作為主角的地球人原振俠也因為不坦誠而受了挫。原振俠醫生與黃絹,甫出場就給人以「這一定會是一對」的感覺。而事實上他們也確實一開始便互相吸引。然而意外總是喜歡打破美好的東西,原振俠因為在風雪中救治了另一個女人泉吟香時恰巧被黃絹撞見(圖1),誤會就由此開始了。在這事後不論是黃絹高傲的不肯將心中的妒忌坦白給原振俠知道,還是原振俠無法真誠的把抱歉說出口,亦或者原振俠在黃絹被驅逐出境時能追上去挽留,後面會發生什麼也未可知(圖2)。是以筆者也無法斷言地球人這種不坦誠到底是好是壞。

 

圖1 原振俠救治泉吟香,發現埋在雪中的泉吟香仍然活著,原振俠專心一意對泉吟香進行救治。沒有人注意黃絹,黃絹在心中千百遍告訴自己:他只是在救人,他只是在救人...

圖2 都將真實想法藏在了心底。原振俠:「你明明知道我那是在救人!」,黃絹:「你應該很清楚,想泉吟香那樣的天人根本就不會死,不需要你救!」

 

參考文獻

1   Azizipour, N., Avazpour, R., Rosenzweig, D. H., Sawan, M. & Ajji, A. Evolution of Biochip Technology: A Review from Lab-on-a-Chip to Organ-on-a-Chip. Micromachines (Basel) 11, doi:10.3390/mi11060599 (2020).

2   Mark, S. et al. Microarrays: biotechnology’s discovery platform for functional genomics. Trends in biotechnology 16, 301-306 (1998).

3   Gray, E. R. et al. Ultra-rapid, sensitive and specific digital diagnosis of HIV with a dual-channel SAW biosensor in a pilot clinical study. NPJ Digit Med 1, 35, doi:10.1038/s41746-018-0041-5 (2018).

4   Murdock, M. H. & Badylak, S. F. Biomaterials-based In Situ Tissue Engineering. Curr Opin Biomed Eng 1, 4-7, doi:10.1016/j.cobme.2017.01.001 (2017).

5   Sun, Y. et al. Roles of DMP1 processing in osteogenesis, dentinogenesis and chondrogenesis. Cells Tissues Organs 194, 199-204, doi:10.1159/000324672 (2011).

6   Wei, F., Zhou, Y., Wang, J., Liu, C. & Xiao, Y. The Immunomodulatory Role of BMP-2 on Macrophages to Accelerate Osteogenesis. Tissue Eng Part A 24, 584-594, doi:10.1089/ten.TEA.2017.0232 (2018).

7   Goyal, R., Spencer, K. A. & Borodinsky, L. N. From Neural Tube Formation Through the Differentiation of Spinal Cord Neurons: Ion Channels in Action During Neural Development. Front Mol Neurosci 13, 62, doi:10.3389/fnmol.2020.00062 (2020).

8   Musk, E. An integrated brain-machine interface platform with thousands of channels. Journal of medical Internet research 21, e16194 (2019).

 

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