领先世界的德国生物芯片研究

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现在，硅芯片技术，已经慢慢达到了其功能极限。生物芯片的设想，也就是利用神经细胞传递信息的方法，近年来非常走红。德国学者在生物芯片的研究方面处于世界领先的地位。
   
    1780年11月的一天，伽伐尼又在做他的电学实验了。对这位科学家来说，电学，只是他的副业。他的真正兴趣，用他的话来说，是在寻找“生命力之家”方面。为此，他解剖了无数只鱼和鸟，还有青蛙。所以，1780年11月的这一天，在他的实验桌上，还放着几只青蛙腿。
   
    伽伐尼用他熟练的双手，把青蛙腿上的神经，解剖开来。很偶然的，就在实验桌上的一台发电机，放出一朵火花时，伽伐尼手上拿的那把金属刀片，恰巧碰到了一只青蛙腿的神经。当他看到，这只青蛙腿，居然抽动起来时，他几乎不敢相信自己的眼睛。这位意大利历史上著名的学者发现，神经，会对电刺激作出反应。伽伐尼，是首次利用简单的技术设备，也就是一个导电的金属刀片，把技术材料和生物材料连接在一起的开创性人物。
   
    200多年过去了。科学家们早已认定大脑是“生命力之家”了。尽管如此，科学家们至今依然没有搞清楚，大脑究竟是如何工作的。今天的科技人员，为了研究大脑所发明和使用的仪器设备，和伽伐尼当年所使用的，已经没有多少相似之处了，但是实验的基本原理，却没有发生什么改变。
   
    就是慕尼黑附近的马克斯.普朗克生物化学所的科学家们，也只是把神经细胞，也就是神经元，和电子仪器连接在一起。只不过，人们如今使用的，不再是金属刀片，而是微观电路，就像计算机芯片上的那样。
   
    这家研究所下属的膜和神经物理部门的负责人弗罗姆赫茨，是国际上这一科研领域的带头人之一。他提问道：“我们如何可以利用近50年来人类在半导体领域所取得的巨大成就，来进行新的、超出青蛙腿抽动以外的实验呢？”人们将来是否可以把计算机芯片，植入大脑中，或者脊椎里，以协助神经元的工作呢？人们可不可以利用计算机技术，更好地理解大脑的工作原理呢？
   
   
    弗罗姆赫茨不想排除，有朝一日，人们可以实现这一切的可能性。但同时，他也提醒大家不要期望过高。只要想到人的大脑中，大约有十亿个神经细胞，各自和其它几十万个神经细胞连接在一起，构成一个极其错综复杂的网络乱麻，谁都可以想见，科学家们所要完成的工作，是怎样的无边无际。“我不理解，我们只不过是才把蜗牛大脑的两个神经细胞，连接在一起，就得到如此热烈的媒体反响”，鉴于人类大脑的复杂性，弗罗姆赫茨这样表示道。
   
    尽管如此，他的实验，还是具有里程碑的意义。比如，美国的“纽约时报”就称道，这是人类向人与机器统一的方向所迈进的一小步。
   
    弗罗姆赫茨所领导的科研部门，共有大约30名科学家。他们的研究课题，都和神经细胞与半导体的连接有关。为此，他们在实验室下面的一层楼里养了几缸泥蜗牛。在一个重要实验中，弗罗姆赫茨和他的助手策克使用的就是从这些泥蜗牛身上摄取的神经细胞。这种神经元特别大，可以达到100个微米的大小，比较容易操作。
   
    策克使用一个极小的滴定管，在显微镜下，屏息静气地把这些神经元，准确地滴到半导体芯片的开关元件上。整个过程，令人不由得想起让小球掉到小孔里的锻炼耐心的游戏。策克在每一个目标点周围，安放了一种起栏杆作用的装置。这是6个极端微小塑料杆。它们的任务是，一旦神经元到位，就阻止它再继续移动。也就是说，神经细胞必须滴落在栏杆所包围的小小面积上。在随后的两到三天内，微小的枝杈，便会从这些神经元里生长出来，把芯片上的各个神经细胞，互相连接起来。
   
    通过这种方式，便可以生成所谓的神经元网，一个微小的、两维的、长在芯片表面的脑子。弗罗姆赫茨介绍说：“这样小的神经网，在人类身上起不到任何生物作用。”但是在像泥蜗牛这样的无脊椎动物身上，这样的一个简单神经网，却可能已经能够完成控制任务了。
   
    就像伽伐尼用他的小刀在青蛙的神经上通一下电一样，科学家们也可以让电流，流过芯片上小小的巡回电路，以电的方式，刺激它上面的神经元。只不过，神经细胞的外皮并没有直接和单晶硅接触。弗罗姆赫茨介绍说：“否则的话，半导体上，就会出现腐蚀现象，而神经细胞也会受到毒性物质的损害。”实际上，在神经细胞和半导体之间，总是留有一个极其微小的、大约只有60纳米厚的细缝。也可以说，科学家们给这些细胞，戴上了丝绒保护手套。
   
    一个神经细胞受到电刺激之后，便会把信号传送到和它相接的邻居那里。芯片中的晶体管，可以记录下到达相邻细胞那里的电压。通过这种方式，科学家们便可以研究这个网络的性能。弗罗姆赫茨介绍说：“对我们来说，最重要的一点，是证明，我们这种方法，也就是细胞和半导体之间无接触的连接法，在根本上，是行得通的。”
   
    在弗罗姆赫茨的眼里，以这么个小小的神经网络为基础，就想来研究和解释大脑的功能，完全是不切实际的幻想。同样不切实际的说法，是在未来几十年内，计算机就可以完全实现人类大脑的功能。这位学者告知，大脑的作用方式，完全不同于计算机。比如，电信号在神经细胞内部的传播速度，就比在半导体内要慢大约一百万倍。尽管如此，我们的大脑，还是比一台计算机的功能，要强大得多。弗罗姆赫茨表示：“这其中一定有什么窍门，只是我们还不知道而已。”
   
    当弗罗姆赫茨被问及他的实验，会不会有什么实际应用时，这位教授的态度比较慎重。过去，别人对他的科研工作期望很高。许多人想到生物微处理器，它们也许可以重新刺激截瘫患者被截断的神经束。还有人想到人造视网膜，它们也许可以帮助盲人，重见天日。
   
    当人们把这样的幻想，和弗罗姆赫茨的名字联系在一起时，这位学者总是感觉被误解了。但毫无疑问的是，公共舆论界所表现出的极大兴趣，也为他带来了好处。比如，他这里就不愁后继无人。他告知：“将来有朝一日，能够设计一台靠神经元工作的计算机，这种前景当然非常诱人。我的很多学生，就很愿为此做出努力。”
   
    摘自：科技之光