“入侵”蝗蟲大腦以嗅出人類癌癥？科學家們發現新的疾病篩查手段
“入侵”蝗蟲大腦以嗅出人類癌癥？科學家們發現新的疾病篩查手段
一項新的研究表明，“賽博格蝗蟲”的大腦有助于在實驗室中發現人類癌癥的訊號。這項研究背后的團隊希望有一天能夠開發出一種基于昆蟲的呼吸測試，用于癌癥篩查，或者激發出一種以類似方式工作的人工版本。
其他動物也被教會了識別人類生病的跡象。例如，狗狗可以通過訓練來檢測主人的血糖水平何時開始下降，或者是否患上了癌癥、結核病，甚至新冠。
在所有情況下，動物都被認為能感知出人類通過體味或呼吸釋放出的化學物質。這些化學物質的混合物會因人的新陳代謝而改變。通常認為，當我們生病時，新陳代謝也會發生變化。但是，訓練和照料狗狗是很昂貴的。并且，這項最新研究的科學家之一 Debajit Saha 還認為，制造一種模仿狗鼻子的設備也是極其困難的。
“這些變化幾乎是萬億分之一?！泵苄萘⒋髮W的神經工程師 Saha 說到。這使得即便使用最先進的技術也很難了解他們。但動物們已經進化到能夠理解氣味中如此細微的變化。因此，Saha 和他的同事們決定“劫持”動物的大腦。
研究人員選擇以蝗蟲作為研究對象，因為近年來這些昆蟲已得到了充分的研究。在初步的設置中，他們通過手術揭開了一只活蝗蟲的大腦。Saha 和他的同事們隨后在蝗蟲的大腦葉中插入電極，以接收來自蝗蟲觸角的信號，因為它們會用觸角來感知氣味。
該團隊還培養了三種不同類型的人類口腔癌細胞，以及沒有癌癥的人類口腔細胞。他們通過一種裝置捕捉每種細胞釋放的氣體，并將每種氣體傳送到蝗蟲的觸角上。
蝗蟲的大腦對每種細胞類型的反應不同。當研究小組將一種細胞類型的氣體吹到觸角上時，記錄到的電活動模式是如此的清晰，以至于他們可以僅從記錄就能正確地識別這些細胞是否癌變。
Saha 說，這是第一次將活體昆蟲大腦作為檢測癌癥的工具來進行測試。
在新西蘭惠靈頓維多利亞大學開發基于納米材料的健康傳感器的 Natalie Plank 認為這項研究“超級酷”。她說：“僅靠呼吸就能知道自己是否有患癌癥的風險...這真的很強大?！?/p>
在實驗中，研究團隊采集了多只蝗蟲的大腦記錄，并將它們的反應結合起來。目前，該系統需要40個神經元的記錄才能獲得明確的信號，這意味著該系統需要6到10只蝗蟲的大腦。但是 Saha 希望使用可以記錄更多神經元的電極，這樣他就可以從單個蝗蟲的大腦中獲得記錄。他還希望能夠在便攜式設備中使用大腦和觸角，然后在真人身上進行測試。
英國華威大學研發傳感器的工程師 James Covington 不相信這種設備會被用于癌癥診所。他說：“從科學的角度來說，這真的很有趣。但要獲得癌癥篩查的批準，還面臨很多挑戰?！?/p>
另一個問題是，人們以這種方式使用昆蟲是否會感到舒適。例如，Covington 指出，經過爆炸物探測訓練的蜜蜂往往會在事后被放生。Covington 說：“蜜蜂能再次過上好日子，但對于這些蝗蟲來說，這卻是一錘子買賣。”
Saha 指出，蝗蟲感覺不到疼痛，所以它們不需要麻醉。但一些研究表明，昆蟲可以感知和避免我們可能認為“痛苦”的事情，并且會在受傷之后產生持續的敏感性，類似于慢性疼痛。Saha 說：“從身體功能的角度來說，昆蟲已經死亡了，我們只是讓它的大腦依然存活而已?！?/p>
Plank 說，如果研究小組能夠找出昆蟲觸角上哪些受體對癌癥檢測最重要，他們或許就能在實驗室中創造出不同的版本并使用它們。在她自己的研究中，她使用了模擬果蠅受體的人造蛋白質。她說：“從長遠來看，它可能會以不同的方式發揮作用，并成為一種大規模篩查技術?！?/p>
在生命科學技術不斷突破的21世紀，科學家不僅能夠“劫持”蝗蟲的大腦，更能“劫持”整個昆蟲的身體。
早在2009年，美國加州大學伯克利分校的 Michel Maharbiz 教授發明的生物機器（Biological Machines）技術就被評為了當年的《麻省理工科技評論》“全球十大突破性技術”之一。這項技術把一個微型機械電子系統移植到昆蟲身上，讓人可以通過電子信號遙控刺激動物的神經系統，從而達到一定程度上控制動物行為的目的。
Michel Maharbiz 教授通過生物機器技術，不僅成功實現了控制甲蟲起飛、轉彎、降落等動作，還在老鼠等動物身上進行了成功的實驗。
而如今，走在科技前沿的腦機接口（Brain-Machine Interfaces，2001年曾被評為《麻省理工科技評論》“全球十大突破性技術”之一），則能“入侵”人類的大腦，從而幫助那些殘障人士等弱勢群體重獲對生活的掌控。2021年，斯坦福大學的科學家們將腦機接口芯片植入一位高位癱瘓者的大腦皮層中，通過將大腦中想象的“筆跡”轉為屏幕文本，幫助患者完成了“意念打字”，并且幾乎與同齡人手動打字的速度相當。
參考資料：
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