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生物之脑,超级生物之脑

  • 生物
  • 2023-05-05
目录
  • 生物脑电反馈治疗
  • 生物脑控
  • 生物电子脑控技术
  • 生物脑控武器
  • 脑机接口

  • 生物脑电反馈治疗

    脑包括大脑、间脑、小脑和脑干。 人的大脑分左右两个半球,体积占整个中枢神经一半以上,重量占全部脑重量的60%-70%。大脑皮层的总面积可达2200-2600平方厘米,集中了约140亿个神经细胞。 通常大脑左半球以言语机能为首孝主,在逻辑推理、数学计算等方面也起着主要作用。右半球以空间图象知觉机能为主,在音乐和艺术能力等方面也起着特殊作用。大脑皮层上比较大的沟裂把皮层分为额叶、顶叶、颞叶和枕叶。在功能上,每叶都是一个特定的中枢:额叶——运动中枢,顶叶——一般感觉中枢,颞叶 ——听觉中枢,枕叶——视觉中枢。这些特定的中枢在整个大脑皮层上只占1/5的面积,其余面积属于联合机能区。 间脑位于大脑半裂袜球下部,包括丘脑和下丘脑。丘脑是皮层下的感觉中枢,除嗅觉外,其他感觉都在丘脑中转换后再到大脑。下丘脑则调节内脏的活动和体内物质代谢,是植物性神经较高级的中枢,和情 绪反应有密切的关系。 脑干包括中脑、桥脑和延脑。中脑位于间脑、桥脑和小脑之间。背侧称为四叠体,是视、听运动的反射中枢。腹侧称为大脑脚,与身体的运动和姿势的维持有很大关系。桥脑是小脑腹面特有的构造。连接小脑两半球,里面有大量的纵向、横向的神经纤维束与各脑相连。 延脑在脑干最下端,同人的基本生命活动,如呼吸、心搏、吞咽、肠胃运动、排泄等有关,被称为生命中枢。在脑干中央有许多分散的神经细胞纵横交错呈现网状,被称为网状结构,对维持大脑皮层的兴奋、使人处于清醒状态和调节内分泌功能有重要意义。 小脑在大脑的后下方,位于脑干的背面,也分左右两个半球,与大脑皮层、皮层下神经节、脊髓有许多联系,主要功能是维持身体的平衡,辅助大脑皮肆芹激层对身体运动起协调作用。

    生物脑控

    人体一共有十大,也可以说是八大

    它们分别是骨骼:骨骼是构成身体的支架;骨还对人体的其他起重要作用。如红细胞和白细胞在红骨髓内生长发育;矿物质尤其是钙储存在骨内,当身体需要时可释放出来。枯租

    心血管(循环):心血管是最基本功能是将血液泵至全身各部位。倘若停搏几秒钟即可丧失意识。所有器官与组织均需要有氧血液供应及排除废物。该运输能根据需要迅速调整。

    神经:脑是意识与创造之地,脑还通过脊髓及神经分支控制全身的运动。神经与内分泌腺一起调节并维持其他。

    内分泌:激素是化学信使,由内分泌腺及某些其他器官所分泌。激素循环于血液与体液内,协助身体维持最适宜的环境。在青春期时内分泌开始变化,并调节包括绝经在内的许多与年龄有关的变化。

    肌肉(运动):肌肉占人身体体积的一半,它与骨骼共同产生运动,如手的精细而复杂的动作,举物和说话。特殊的心肌、所有的平滑肌等不随意肌为呼吸、心血管及消化提供动力。肌肉依赖于正常的神经支配及血液供应。

    免疫:免疫系销败悄统为机体提供有效的保护机制,防御传染性疾病,避免体内各的功能失常。健康人体内物理的、细胞的和化学的防御体系构成相互错综复杂的联系,有利于对抗多种危机。身体虚弱者则抵抗力降低。

    呼吸:呼吸道与呼吸肌的共同作用,使空气出入肺,行使气体交换。心血管运输气体至全身体各部分的组织,供应新鲜的氧气和排出废气二氧化碳。呼吸时,空气中的病毒、细菌及化学污染物随之而入,免疫在抵御这些危害健康的因素中起极其重要的作用。

    消化:消化道从口至肛门约9米长,它行使一系列的复杂功能,如储存食物、消化食物、排除废物及适当利用营养物。健康的消化作用依赖于完好的免疫和神经。心理健康对高效率的消化也是必须的。

    生殖:与其他相比,生殖比较小,但它无疑在体内居于生物中心位置。生殖与其他不同,它的功能只在人一生中某个时期内表现。它也是唯一的可被外科手术切除而不威胁人生命的。

    泌尿:肾形成尿液,排除体内代谢废物,有助于维持人体的化学平衡。尿的生成受血流和血压、激素及睡眠与觉醒等各种身体节律与周期的影响。

    四大组织

    ①上皮组织:是由密集的细胞和少量的细胞间质组成,在细胞之间又有明显的连接复合体。一般细胞密集排列呈膜状,覆盖在体表和体内各种器官、管道、囊、腔的内表面及内脏器官的表面。上皮组织具有保护、吸收、排泄、分泌、呼吸等作用。②结缔组织:是由多种细胞和大量的细胞间质构成的。细胞的种类多,分散在细胞间质中。细胞间质有液体、胶状体、固体基质和纤维,形成多样化的组织。其具有支持、保护、营养、修复和物质运输等功能。③肌肉组织:主要由收缩性强的肌细胞构成,一般细胞排列呈柱状。其主要机能是将化学能转变为机械能,使肌纤维收缩,机体进行各种运动。④神经组织:由神经元和神经胶质细胞组成。神经元具有高度发达的感受刺激和传导兴奋的能力。神经胶质细胞有支持、保护、营养和修补等作用。神经组织是组成脑、脊髓以及周围神经其他部分亏渣的基本成分,它能接受内外环境的各种刺激,并能发出冲动联系骨骼肌和机体内部脏器协调活动。

    生物电子脑控技术

    1. 消化

    2. 神经猜明枣

    3. 呼吸槐配

    4.循环

    5. 运动穗拆

    6. 内分泌

    7. 泌尿

    8. 生殖

    生物脑控武器

    近几年,随着人工智能的发展,很多科学家都在努力探索,未来机器人是否能拥有意识?未来或许可以,这就需要我们先对人脑进行更进一步的研究。一直以来,对于科学家来说,人脑都是一个神奇的存在,关于人脑的研究也层出不穷。

    细胞团和离体的大脑是否是有意识的;科学家该如何判断它们是否有意识。

    Muotri发现了一些不寻常的方式来培育人脑器官。他将脑器官与行走的机器人连接起来,用尼安德特人(Neanderthal )的基因修改器官的基因组,将它们发射到国际空间站的轨道上,并将它们作为模型来开发更类似人类的人工智能。

    文中提到他们创建了一种能产生类似于在早产儿中看到的协调的活动波的人类大脑器官体(1)。在该团队结束实验之前,这种波持续了几个月。

    该团队的发现导致伦理学家和科学家提出了一系列道德和哲学问题,即是否应该允许有机体达到这种程度的发展水平,"有意识 "的有机体是否有权获得其他细胞团所没有的特殊待遇和权利,以及意识是否可以被人类创造出来。

    无身体、有自我意识的大脑的想法已经存在于许多神经科学家和生物伦理学家的脑海中。就在几个月前,位于康涅狄格州纽黑文市的耶鲁大学的一个团队宣布,他们让几个小时前被杀死的猪的大脑恢复了部分生命。通过从猪的头骨中取出大脑,注入一种化学混合试剂,研究人员恢复了神经元的细胞功能和传递电信的能力(2)。

    其他实验,如在小鼠大脑中添加人类神经元,引起了一些质疑。一部分科学家和伦理学家认为不应允许这些实验的存在。

    这些研究为那些希望避免创造意识的人和那些将复杂的器官有机体视为研究毁灭性人类疾病的的人之间的辩论奠定了基础。Muotri和许多其他神经科学家认为,人类大脑器官体可能是理解自闭症和精神分裂症等人类独特病症的关键,这些病症不可能在小鼠模型中进行详细研究。Muotri说,为了实现这一目标,他和其他人可能需要刻意创造意识。

    研究人员现在呼吁制定一套类似于动物研究中使用的指南,以指导大脑器官的人性化使用以及其他可以实现意识的实验。6月,美国国家科学、工程和医学研究院开始了一项研究,目的是概述与脑器官相关的潜在的法律和伦理问题。

    对实验室培育大脑的担忧也凸显了一个盲点:神经科学家没有一致的方法来定义和测量意识。如果没有一个可行的定义,伦理学家担心将无法在实验越线之前阻止这些实验。

    目前的一些实验可能会放大这个问题。大学的认知神经科学家Anil Seth说,如果科学家们确信一个有机体已经获得了意识,他们可能需要陆游迹赶紧就意识是如何产生的理论达成一致。但是,他说,如果一个人青睐的理论认为机体有意识,而另一个人的理论则认为没有,那么任何关于意识已经出现的信心都会磨绝消失。"信心在很大程度上取决于我们相信什么理论。这是一个循环。"

    感知状态

    创建一个意识可能比定义它要容易得多。研究人员和临床医生为了各种目的,用许多不同的方式来定义意识。所以,很难把它们综合成一个精简的实际的定义来决定一个实验室培育大脑的状态。

    医生一般根据患者对疼痛或其他刺激是否眨眼或退缩来评估处于植物人状态的患者的意识水平。此外,利用脑电图(EEG)读数,研究人员还可以测量大脑对电脉冲的反应。比起无意识大脑的简单,有规律的活动模式,早并有意识的大脑将显示更复杂的电活动。

    但这种测试可能无法充分探究一个人是否缺乏意识。在对处于昏迷或植物人状态的人进行的脑成像研究中,科学家们已经发现,没有反应的人可以显示出一些类似意识的大脑活动 —— 比如当被要求思考走路时,运动区域出现的活动(3)。

    在发育中的人类大脑器官中,前神经元细胞(红色)变成了神经元(绿色),并被被连接成网络(白色)。

    在任何情况下,标准的意识医学测试都很难适用于生长在培养皿里的脑细胞,或者是脱胎换骨的动物大脑。当Muotri提出他的有机体的放电模式和早产儿中看到的一样复杂时,人们不知道该如何看待这个问题。一些研究人员认为早产儿的大脑活动并不复杂,不足以被归类为有意识。而有机体不能眨眼,也不能对痛苦的刺激产生反感,所以它们不会通过意识的临床测试。

    相比之下,最近被杀的猪的完整大脑更有可能拥有意识的必要结构,以及动物活着时的记忆和经历所创造的神经线路。马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的哲学家和神经伦理学家 Jeantine Lunshof 说:“想想一个已经被这些东西填满的大脑,很难想象那个大脑会是空的。” Lunshof补充道:“他们在思维方面能做什么我不知道,但肯定不是空无一物。” 像耶鲁大学团队那样,让死掉的大脑恢复一丝生机,或许有可能恢复一定程度的意识,尽管科学家们煞费苦心地使用化学阻断剂来防止全脑活动从而避免这种情况。

    研究人员同意他们需要认真对待这些研究提出的问题。科学家和哲学家以及学生组成的会议,打算为未来的实验建立并发布一个伦理框架。但该论文已经被推迟了几个月,部分原因是几位作者无法就意识的基本要求达成一致。

    越发复杂的理论

    几乎所有的科学家和伦理学家都认为,到目前为止,还没有人在实验室里创造出意识。但他们都在问自己,要注意什么,哪些关于意识的理论最相关。例如,根据一种叫做整合信息理论的观点,意识是整个大脑中神经元网络密集连接的产物。彼此互动的神经元越多,意识的程度就越高——这个量被称为phi。如果phi大于零,生物体就被认为是有意识的。

    根据该理论,大多数动物都能达到这个标准。位于华盛顿州西雅图的Allen 脑科学研究所Christof Koch认为任何现有的有机体都达不到这个门槛,但他承认,一个更先进的有机体可能会达到这个标准。

    其他竞争性的意识理论提到了感觉输入或跨多个大脑区域的协调电模式。例如,一种被称为全局工作空间理论的想法认为,大脑的前额叶皮层作为一台计算机,处理感觉输入并解释它们以形成存在感。因为有机体没有前额叶皮层,不能接受输入,所以不能成为意识。“如果没有输入和输出,神经元之间可能会相互交谈,但这并不能代表人类的思想。“

    然而,将类器官与器官连接起来可能是一项相当简单的任务。2019年,兰开斯特的团队在老鼠脊柱和背部肌肉旁边培育了人类大脑器官。当来自人体器官的神经与脊柱相连时,肌肉就开始自发地收缩。

    发育生物学家玛德琳·兰开斯特在英国剑桥大学的实验室里通过类器官研究大脑组织和紊乱。

    大多数类器官的形成只是为了复制大脑的一部分——皮层。但是,如果人类干细胞发育的时间足够长,并且有了合适的生长因子,它们就会自发地重建大脑的许多不同部位,然后这些部位就会开始协调它们的电活动。在2017年发表的一项研究中,哈佛大学的分子生物学家保拉·阿罗塔(Paola Arlotta)诱导干细胞发展成由多种不同细胞类型组成的脑器官,包括视网膜中发现的那种光敏细胞。当接触到光时,类器官中的神经元开始放电。但事实上,这些细胞是活跃的,并不意味着类器官可以看到和处理视觉信息,Arlotta说。这仅仅意味着它们可以形成必要的电路。

    阿罗塔和兰开斯特认为他们的器官体太原始,无法产生意识,因为他们缺乏创造复杂脑电图模式所必需的解剖结构。尽管如此,兰开斯特承认,对于高级类器官来说,这取决于它的定义。她说:“如果你认为一只苍蝇是有意识的,那么类器官也可能是有意识的。”

    然而,兰开斯特和大多数其他研究人员认为,像活化的猪脑这样的东西比类器官更有可能获得意识。由神经科学家Nenad Sestan领导的研究猪大脑的团队,试图找到恢复器官活力的新方法,而不是创造意识。研究人员能够让单个神经元或神经元群被激活,并小心地尝试避免产生广泛的脑电波。然而,当Sestan的团队在其中一个大脑中看到类似协调的脑电图活动时,他们立即停止了这个项目。即使在神经学专家确认这种模式与意识不一致之后,研究小组还是对大脑进行了麻醉,作为预防措施。

    Sestan还联系了美国国家卫生研究院(NIH)以获得如何进行的指导。该机构的神经伦理小组,包括伦肖夫和俄亥俄州克利夫兰凯斯西大学因苏泫(Insoo Hyun),评估了这项工作,并同意Sestan应该继续麻醉大脑。但是,该小组还没有制定出更通用的规定,也没有例行要求对类器官的提案进行生物伦理评估,因为其成员认为意识不太可能产生。美国国家卫生研究院也没有给意识下一个定义。Hyun说:“它非常灵活,每个人都有自己的意思。”“如果不清楚我们谈论的是同一件事,这是一个大问题。”

    模糊的定义

    一些人认为,即使是试图在任何一种实验室保存的大脑中识别意识也是徒劳的。“鉴于我们不了解意识,他开创了一些在人们处于植物人状态时成像进行措施的意识。“我们不应该太傲慢。”他说,进一步的研究应该非常谨慎地进行。

    Laureys和其他人指出,类器官的体验可能与早产儿、成人或猪的体验非常不同,并不能直接拿来比较。此外,类器的结构可能太小而无法精确测量它们的活动,而类器和早产儿大脑的脑电图模式之间的相似性可能只是巧合。其他研究类脑器官的科学家也同意Laureys的观点,即一个是否是有意识的这个问题是无法回答的。许多人完全避免这个想法。“我不知道我们为什么要问这个问题,因为这个不是人类的大脑,“它们是由神经元组成的,神经元有电活动,但我们必须仔细考虑如何比较它们。”

    Muotri希望他的类器官至少在某些方面可以与人类大脑相媲美,这样他就可以研究人类疾病并找到治疗方法。他的动机是出于个人原因:他14岁的儿子患有癫痫和自闭症。“他努力地与生活抗争,”Muotri说。类脑器官是一个很有前途的途径,因为它们再现了大脑连接的最早阶段,而这在人类胚胎发育时是不可能研究的。但是他说,在没有一个完全功能的大脑的情况下研究人类的大脑疾病,就像研究一个不能产生胰岛素的胰腺。“要做到这一点,我需要一个真正像人类大脑的大脑器官模型。我可能需要一个有意识的器官。

    Muotri说他不知道用什么定义来决定一个类器官是否达到意识。他说,在某种程度上,类器官甚至可以帮助研究人员回答大脑如何产生意识状态的问题。以开发一种描述大脑如何产生意识的算法。他的项目部分由微软资助,其目标是创造一个像人类意识一样工作的人工。

    目前,美国和欧洲都没有规定可以阻止研究者创造意识。美国国家科学院小组计划明年初发布一份报告,概述最新的研究,并就是否需要制定相关法规做出判断。成员们计划在一些问题上发表意见,比如是否要获得人们的同意将他们的细胞发展成脑类器官,以及如何人道地研究和处理类器官。国际干细胞研究学会也在研究类器官的指导方针,但没有提到意识,因为它认为科学还没有做到这一点。

    Hyun说,美国国立卫生研究院的神经伦理小组还没有看到任何关于创造复杂、有意识的类器官的建议,这将需要新的指导方针。Muotri说,他也不知道还有谁在故意尝试创造有意识的类器官,尽管根据某些定义,一个足够复杂的类器官可能偶然地达到这种状态。

    不过,Muotri和其他人说,他们欢迎一些指导方针。这可能包括要求科学家证明他们使用的人类大脑器官的数量,只将它们用于无法以任何其他方式进行的研究,限制可能施加在它们身上的痛苦,以及人道地处理它们。

    提前提出这样的建议将有助于研究人员权衡创建有意识实体的成本和收益。许多研究人员强调,这样的实验有可能产生重要的见解。兰开斯特说:“有一些真正有意识的人患有神经紊乱,却没有治疗方法。”“如果我们真的因为这个哲学思维实验而停止所有的研究,”她补充说,“那将对真正需要一些新疗法的人来说是非常坏的消息。”

    然而,治疗方法仍然可以在用老鼠干细胞制成的脑器官组织或常规的动物模型中进行测试。这样的实验也可以为有关使用人体类器官的伦理讨论提供信息。例如,Hyun希望看到研究人员将鼠脑类器官的脑电图模式与活鼠脑类器官的脑电图模式进行比较,这可能表明人类类器官如何很好地再现人类大脑。

    在Muotri看来,研究人体类器官组织和实验小鼠没有什么区别。“我们使用的动物模型是有意识的,没有问题,”他说。“我们需要前进,如果结果证明他们有了意识,老实说,我不认为这有什么大不了的。”

    脑机接口

    动物并非都有八大,鱼类就没有泌尿。

    动物八大是:

    1、消化:

    与消化摄食有关的器官包括:口腔、咽、食道、胃、小肠、大肠、肛门、以及唾液腺、胃腺、肠腺、胰腺、肝脏等,因此称它们为消化器官。这些消化器官协同工作,共同完成对食物的消化和对营养物质的吸收。所有的消化器官的总和称为消化。

    2、神经:

    神经是机体内起主导作用的。内、外环境的各种信息,由感受器接受后,通过周围神经传递到脑和脊髓的各级中枢进行整合,再经周围神经控制和调节机体各器官的活动,以维持机体与内、外界环境的相对平衡。神经是由脑、脊髓、脑神经、脊神经、和植物性神经,以及各种神经节组成。能协调体内各器官、各的活动,使之成为完整的一体,并与外界环境发生相互作用。

    3、呼吸:

    呼吸包括呼吸道(鼻腔、咽、喉、气管、支气管)和肺。

    动物体在新陈代谢过程中要不断消耗氧气,产生二氧化碳。机体与外界环境进行气体交换的过程称为呼吸。气体交换地有两处,一处是由外界与呼吸器官(如肺、腮)的气体交换,称肺呼吸或腮呼吸(或外呼吸);另一处由血液和组织液与机体组织、细胞之间进行气体交换(称内呼吸)。

    4、循环:

    循环是生物体的体液(包括细胞内液、血浆、淋巴和组织液)及其借以循环流动的管道组成的。从动物形成心脏以后循环分为心脏和血管两大部分,叫做心血管。循环是生物体内的运输,它将消化道吸收的营养物质和由鳃或肺吸进的氧输送到各组织器官并将各组织器官的代谢产物通过同样的途径输入血液,经肺、肾排出体外。

    肺循环(小循环):右心室→肺动脉→肺部毛细血管网→肺静脉→左心房。

    体循环(大循环):左心室→主动脉→各级动脉→各级毛细血管网→各级渣历静脉→上/下腔静脉→右心房。

    5、运动:

    运动:由骨、关节和骨骼肌组成,约占成人体重的60%。全身各骨借关节相连形成骨骼,起支持体重、保护内脏和维持人体基本形态的作用。骨骼肌附着于骨,在神经支配陪肢下收缩和舒张,收缩时,以关节为支点牵引骨改变位置,产生运动。骨和关节是运动的被动部分,骨骼肌是运动的的主动部分。

    6、内分泌:

    内分泌腺是人体内一些无输出导管的腺体。它的分泌物称激素。对整个机体的生长、发育、代谢和生殖起着调节作用。

    人体主要的内分泌腺有:甲状腺、甲状旁腺、肾上腺、垂体、松果体、胰岛、胸腺和性腺等。

    7、泌尿:

    泌尿由肾、输尿管、膀胱及尿道组成。其主要功能为排泄。排泄是指机体代谢过程中所产生的各种不为机体所利用或者有害的物质如乱搜向体外输送的生理过程。被排出的物质一部分是营养物质的代谢产物;另一部分是衰老的细胞破坏时所形成的产物。此外,排泄物中还包括一些随食物摄入的多余物质,如多余的水和无机盐类。

    8、生殖:

    生殖是生物体内的和生殖密切相关的器官成分的总称。

    生殖的功能是产生生殖细胞,繁殖新个体,分泌性激素和维持副性征。

    人体生殖有男性和女性两类。按生殖器所在部位,又分为内生殖器和外生殖器两部分。

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