“入侵”蝗虫大脑以嗅出人类癌症？科学家们发现新的疾病筛查手段

热点资讯2022-07-09 10:21:30未知

一项新的研究表明，“赛博格蝗虫”的大脑有助于在实验室中发现人类癌症的讯号。这项研究背后的团队希望有一天能够开发出一种基于昆虫的呼吸测试，用于癌症筛查，或者激发出一种以类似方式工作的人工版本。

其他动物也被教会了识别人类生病的迹象。例如，狗狗可以通过训练来检测主人的血糖水平何时开始下降，或者是否患上了癌症、结核病，甚至新冠。

在所有情况下，动物都被认为能感知出人类通过体味或呼吸释放出的化学物质。这些化学物质的混合物会因人的新陈代谢而改变。通常认为，当我们生病时，新陈代谢也会发生变化。但是，训练和照料狗狗是很昂贵的。并且，这项最新研究的科学家之一 Debajit Saha 还认为，制造一种模仿狗鼻子的设备也是极其困难的。

“这些变化几乎是万亿分之一。”密歇根州立大学的神经工程师 Saha 说到。这使得即便使用最先进的技术也很难了解他们。但动物们已经进化到能够理解气味中如此细微的变化。因此，Saha 和他的同事们决定“劫持”动物的大脑。

图片来源：technologyreview.com

研究人员选择以蝗虫作为研究对象，因为近年来这些昆虫已得到了充分的研究。在初步的设置中，他们通过手术揭开了一只活蝗虫的大脑。Saha 和他的同事们随后在蝗虫的大脑叶中插入电极，以接收来自蝗虫触角的信号，因为它们会用触角来感知气味。

该团队还培养了三种不同类型的人类口腔癌细胞，以及没有癌症的人类口腔细胞。他们通过一种装置捕捉每种细胞释放的气体，并将每种气体传送到蝗虫的触角上。

蝗虫的大脑对每种细胞类型的反应不同。当研究小组将一种细胞类型的气体吹到触角上时，记录到的电活动模式是如此的清晰，以至于他们可以仅从记录就能正确地识别这些细胞是否癌变。

Saha 说，这是第一次将活体昆虫大脑作为检测癌症的工具来进行测试。

在新西兰惠灵顿维多利亚大学开发基于纳米材料的健康传感器的 Natalie Plank 认为这项研究“超级酷”。她说：“仅靠呼吸就能知道自己是否有患癌症的风险...这真的很强大。”

在实验中，研究团队采集了多只蝗虫的大脑记录，并将它们的反应结合起来。目前，该系统需要40个神经元的记录才能获得明确的信号，这意味着该系统需要6到10只蝗虫的大脑。但是 Saha 希望使用可以记录更多神经元的电极，这样他就可以从单个蝗虫的大脑中获得记录。他还希望能够在便携式设备中使用大脑和触角，然后在真人身上进行测试。

英国华威大学研发传感器的工程师 James Covington 不相信这种设备会被用于癌症诊所。他说：“从科学的角度来说，这真的很有趣。但要获得癌症筛查的批准，还面临很多挑战。”

另一个问题是，人们以这种方式使用昆虫是否会感到舒适。例如，Covington 指出，经过爆炸物探测训练的蜜蜂往往会在事后被放生。Covington 说：“蜜蜂能再次过上好日子，但对于这些蝗虫来说，这却是一锤子买卖。”

Saha 指出，蝗虫感觉不到疼痛，所以它们不需要麻醉。但一些研究表明，昆虫可以感知和避免我们可能认为“痛苦”的事情，并且会在受伤之后产生持续的敏感性，类似于慢性疼痛。Saha 说：“从身体功能的角度来说，昆虫已经死亡了，我们只是让它的大脑依然存活而已。”

Plank 说，如果研究小组能够找出昆虫触角上哪些受体对癌症检测最重要，他们或许就能在实验室中创造出不同的版本并使用它们。在她自己的研究中，她使用了模拟果蝇受体的人造蛋白质。她说：“从长远来看，它可能会以不同的方式发挥作用，并成为一种大规模筛查技术。”

在生命科学技术不断突破的21世纪，科学家不仅能够“劫持”蝗虫的大脑，更能“劫持”整个昆虫的身体。

早在2009年，美国加州大学伯克利分校的 Michel Maharbiz 教授发明的生物机器（Biological Machines）技术就被评为了当年的《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”之一。这项技术把一个微型机械电子系统移植到昆虫身上，让人可以通过电子信号遥控刺激动物的神经系统，从而达到一定程度上控制动物行为的目的。

Michel Maharbiz 教授通过生物机器技术，不仅成功实现了控制甲虫起飞、转弯、降落等动作，还在老鼠等动物身上进行了成功的实验。

而如今，走在科技前沿的脑机接口（Brain-Machine Interfaces，2001年曾被评为《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”之一），则能“入侵”人类的大脑，从而帮助那些残障人士等弱势群体重获对生活的掌控。2021年，斯坦福大学的科学家们将脑机接口芯片植入一位高位瘫痪者的大脑皮层中，通过将大脑中想象的“笔迹”转为屏幕文本，帮助患者完成了“意念打字”，并且几乎与同龄人手动打字的速度相当。