近日，美国东北大学的工程师研发出了体积不到当前天线1/100的“迷你天线”，它能够实现无线通信。该进展有助于制造微型脑植入器、微型医疗器械或者可穿戴在手指上的手机。

　　图丨微型天线可以替代手机和身体监测器用的传统天线

　　新型迷你天线能够把电磁波(比如，光波和无线电波)和声波(比如，声音和无声振动)区分开。电磁波是以波动的形式传播的电磁场，传播速度为光速(3亿米/秒)。声波是指发声体产生的振动在空气或其他物质中的传播，在同一个频率下，电磁波的波长比声波的波长要长很多。

　　天线利用电磁波共振来接收信息，并将该共振转变成电压。为了产生共振，传统天线的长度要与它接收的电磁波的波长相匹配，这就意味着传统天线相对较长。但是，就如同吉他发声的原理，天线也可与声波发生共振，而新型天线就是利用了这一优势。新型天线可以接收一定频率的电磁波，该频率与波长更短的同频率声波相匹配，这样也就意味着，对于任一信号频率，这款天线可以更短。

　　该技术的核心在于将接收的电磁波快速转变成声波。为了实现这一过程，三分之二的天线采用所谓的压磁材料薄片，它在电磁场中能够扩展与收缩。如果大小和形状合适，该薄片就可以有效地将接收的电磁波转变成声波。然后，压磁材料连接到压电材料，把振动转变成振动电压。然后天线发出信号，信息沿着相反方向传递，从电压到振动再到电磁波。该研究的作者Nian Sun是美国东北大学的一名电子工程师、材料学家，他表示，最大的挑战在于找到合适的压磁材料，最终他选定的是铁、镓和硼的组合材料。

　　该团队研究了两种声波天线。一种是圆形天线，适用的工作频率范围是千兆赫兹，比如适用于WiFi的频率。另一种是矩形天线，适用于兆赫兹频率范围，用于TV和收音机。每种天线的直径都小于1毫米，并且这两种可以制造在同个单晶片上。研究人员在一个特殊的绝缘室内进行了测试，结果与同样大小的传统环形天线相比，该迷你天线可以发送并接收2.5千兆赫兹的信号，效率提高了10万倍。他们的研究成果发表在《自然通讯》上。

　　美国加利福尼亚大学的电气工程师Y.Ethan Wang曾帮助研发该技术，他表示这项工作使原始概念更靠近现实了。但该技术还存在问题，美国亚利桑那州立大学的电气工程师Rudy Diaz猜测，消费设备或者体内用天线可能由于其高能量密度而释放很多热量。另外，Wang也表示，声波天线比较难制造，并且在很多情况下更大的传统天线效果会更好。

　　不过，Sun也在探索迷你天线的实际应用。他正在缩小千赫兹的天线(能够实现地面或者水下通信)，将其从千米长度的电缆缩小到手掌大小的装置。该天线可以为地面上的人与潜艇里或煤矿里的人建立联系。Sun还与麻省综合医院的一名神经外科医生合作，研发了脑植入器，来读取或者控制神经活动，有助于诊断并治疗癫痫患者，甚至是建立脑机接口。

　　该迷你天线可能有助于减小移动电话的体积、减小卫星的体积、把微小物体连接到所谓的物联网上，或者被用于到医学检测或身份鉴定。

　　随着神经科学近年来的快速发展，基于AI和神经科学的脑机接口成为了下一个投资风口，一批世界上最富有的投资者正把赌注押在神经科学和人工智能之间的相互作用。全球十几家公司，包括ElonMusk的旗下的创业公司Neuralink，都在投资、研发能够“读取”人脑活动和将“神经信息”写入大脑的设备。

　　人们看到了脑机接口在人类精神、心理及身体行为上的巨大潜力，如今也迈出了通往脑机接口的重要一步——由AI控制的大脑植入物已完成初步的人体试验。

　　众所周知，美国神经科学学会(SocietyforNeuroscience,SfN)是世界上最大、最权威的神经科学组织，该非盈利性机构成立于1969年，目前在全球90多个国家拥有近3.7万名会员，在全球拥有130多个分会，而神经科学年会就是其举办的年度盛会，每年来自全球各地的科学家及外科医生集聚在华盛顿分享他们的最新研究及发现，这是世界神经科学领域规模最大，最有影响力的顶级会议。

　　就在上周，2017年神经科学学会年会在美国华盛顿特区举办。本次年会中最引人瞩目是大会上公布的一系列研究。在这些研究中，来自不同研究机构的科学家们利用大脑植入设备检测情绪障碍引起的的异常状态，并通过AI算法释放电脉冲回击大脑，使大脑在没有医生介入的情况下恢复到健康状态，以达到控制受试者情绪及行为的效果，目前这些研究已完成了初步的人体试验。

　　来自加州大学旧金山分校(UCSF)和南加州大学(UniversityofSouthernCalifornia,USC)的联合研究团队基于植入式电极系统，追踪并刺激大脑的活动，希望最终为患有抑郁症及创伤后应激障碍等情绪或精神疾病的军人及老兵提供治疗方案。

　　实际上，植入式电极系统在医疗上的应用并不罕见。在以往的研究中，医生对患有运动障碍(如帕金森)的患者，通过深部脑刺激(deep-brainstimulation)改变脑部的神经活动进而影响患者的肢体行动。当然，他们也将这种手段应用到情绪障碍的治疗中，但收效甚微。

　　对此，来自加州大学旧金山分校的团队负责人EdwardChang表示，他们充分的了解了目前技术的局限性，因此利用AI为精神疾病量身打造了开关系统，只有在需要时电极才进行刺激。该团队使用癫痫患者已经植入大脑的电极，记录间断的(以往的研究为持续性的刺激)刺激后神经的状态。

　　该项目的另外一部分则由来自南加州大学的研究团队完成，他们在SfN年会上展示了人类首张“情绪地图”——即情绪是如何随着时间的推移在大脑中编码的。

　　南加州大学的电子工程师OmidSani和他的同事对6名植入了电极的癫痫病人展开了研究，他们记录了一到三周内6名患者的大脑活动及情绪变化的细节。通过对这两部分信息的对比，研究人员找到了解读人类情绪的“密码本”——一种解码情绪变化与大脑活动之间的算法，随后在之前研究的与情绪有关的大脑区域中得到了验证。

　　目前，南加州大学团队已经完成了部分人体闭环模拟实验，只要发现合适的志愿者，团队将展开新的单闭环系统测试。但由于项目刚刚起步，他们拒绝透露相关细节。

　　除此之外，来自波士顿的麻省总医院(MassachusettsGeneralHospital,MGH)团队采取了不同的研究方法，相对于针对某种特定的情绪或精神疾病，他们将注意力放在多种疾病中共同存在的行为及相关的大脑活动，比如注意力分散或缺乏同情心等。

　　在SfN年会上，麻省总医院团队提出了一种新的算法：当一个人从事分散注意力的任务时，例如匹配数字图像或识别脸部情绪，可用该算法来刺激大脑。

　　麻省总医院研究人员发现，用电脉冲刺激参与决策和情绪生成的大脑区域，可以显著改善参与测试者的表现。他们还绘制了一个人因为健忘或分心而变得失落、减速的大脑活动，并发现可以通过刺激扭转其表现。目前，该团队已经开始测试使用特定模式的大脑活动来自动刺激大脑的算法。

　　脑机接口(brain-computerinterface,BCI)是指在人或者动物脑部与外部设备间创建的直接连接通路，分为单项脑机接口和双向脑机接口，用来完成脑与设备之间的信息交换，从入侵方式来看又可分为侵入式脑机接口、部分侵入式脑机接口以及非侵入式脑机接口。上述的项目都与人类的精神及情绪障碍的疾病研究相关，来自南加州大学的DongSong教授则是将电极植入运用在了记忆提升上。为了完成研究，Song教授选取了20名已植入电极的癫痫患者，在关于记忆的测试中，这些电极可以记录受试者的大脑活动。

　　研究者在确定了最佳的记忆相关模式后，在随后的测试中利用电极刺激大脑。研究结果显示，这种刺激可以使短时记忆提高15%，工作记忆提升25%。而相对的，如果采取随机刺激，记忆状况则表现的更糟。

　　“目前，我们正在编写可以提升记忆的‘神经代码’，而这是从未有过的，”Song说到。一旦“编码”完成，这将意味着人类“升级”自身记忆将变成可能。

　　然而，始终无法回避的是尖锐的伦理和道德争论。脑机接口的植入装置毫无疑问可以改善某些精神类疾病，但由此带来的问题难以估量，比如AI和脑机接口的运作很可能使患者对自我的情绪和行为控制产生怀疑。

　　同样，人类感官功能的增强，比如前文中的记忆提升，很可能是对现有社会规则的一种破坏，引起公平问题及新的歧视。但对于一些患有阿尔兹海默症的患者来说，这种AI与神经科学的联合系统却可能为他们带来巨大的幸福感提升。