Ali Pourahmad 的发明 | 类别：世界新发明 | 相关：科学发现与技术发明
一种无需品尝食物即可在大脑中产生人工味觉的装置！
◉ 发明：无需品尝食物即可在大脑中产生人工味觉的装置
◉ 发明人和专利所有人：Ali Pourahmad
◉ 类别：发明家的新发明
◉ 简介和目标:
在本文中，我们将简要解释如何在不品尝食物的情况下在大脑中创造人工味觉。
制造这个设备的最初想法是在 2009 年我读了精神分析学家 Norman Doidge 的《改变自己的大脑》（2007 年）一书后萌生的。在这本书中，Norman Doidge 解释了大脑神经元改变和纠正神经冲动路径的灵活性。鉴于我长期以来对探索大脑最小组成部分的神秘结构的浓厚兴趣，在 2009 年担任匈牙利医科大学教授的 Masoud Shafiei 博士（我的一位好友）的鼓励和建议下，我开始研读各种医学书籍，以便在那所大学继续我的医学研究，但最终，在 7 个月后，由于家庭义务和航空公司职责，我放弃了这个决定。然而，这种兴趣至今仍未减弱，我继续利用每一个机会研究大脑的神秘结构。
那些年，我不断研读各种专业医学书籍，这促使我产生了各种科学构想，同时也加深了我对这个浩瀚而神奇领域的了解。其中之一就是发明一种装置，可以在不品尝任何食物的情况下，在大脑中产生人工味觉。事实上，我的想法是利用光遗传学技术更具体的形式，完全控制大脑的味觉系统。两年后，我在科幻电影《走向未来》的剧本中提出了我的想法，该片于2012年由好莱坞Da Yamms公司出品。我将在本文的技术描述部分解释该装置的工作原理。
◉ 发明：无需品尝食物即可在大脑中产生人工味觉的装置
◉ 发明人和专利所有人：Ali Pourahmad
◉ 类别：发明家的新发明
在解释技术细节之前，有必要先概述一下光遗传学在医学领域的含义。"光遗传学"指的是同时使用光学和遗传学技术来刺激感光神经细胞并监测其功能。光遗传学将光学和遗传学方法相结合，以实现前所未有的空间和时间定位精度，从而监测和控制单个神经元的功能。利用这项技术，我们可以选择性地操纵大量特定的神经细胞，并且我们可以使用非常细微和精确的电脉冲对目标细胞进行非常具体的改变，这将显著影响大脑中复杂的神经回路。在治疗领域，由于光遗传学专注于脑神经元的功能活动，这项技术可能是治疗神经退行性疾病和神经元选择性丧失导致神经系统功能障碍的重要因素。
大脑中某些神经元对光的这种兴奋性让我想到，如果能够利用光遗传学技术修复功能不佳的神经回路，那么这项技术也有可能用于中和或激活并完全控制大脑的味觉部分。换句话说，通过刺激丘脑腹后内侧核中神经细胞的光敏部分，而不使用通过将食物化学分子与味觉皮层细胞的质膜蛋白结合而使神经元接收到的脉冲，我们将能够在大脑中实现人工味觉。虽然这个想法后来在实验室小鼠身上进行了测试，但由于各种原因，它尚未在人类身上使用。
◉ 发明：无需品尝食物即可在大脑中产生人工味觉的装置
◉ 发明人和专利所有人：Ali Pourahmad
◉ 类别：发明家的新发明
促使我产生这个想法的因素之一是人类的需求、习惯和兴趣与咸味或甜味等愉悦味觉体验信号之间的内在联系。例如，鉴于人体细胞对受控特定量的葡萄糖（糖是最重要的能量来源之一）的基本需求，如果我们食用含葡萄糖的食物，大脑中的中脑边缘多巴胺系统就会被激活，产生愉悦感，并增加再次食用甜食和含糖食物的需求。中脑边缘神经通路会增加大脑的奖励感、欲望和情绪。当我们食用含糖食物时，多巴胺会从腹侧被盖区 (VTA) 传递到伏隔核、杏仁核和海马体。通过激活奖励系统，它会增加再次食用含糖或咸食的需求。
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◉ 发明人和专利所有人：Ali Pourahmad
◉ 类别：发明家的新发明
对甜食兴趣的增加，对于那些血液中胰岛素分泌量低于维持正常血糖所需量（糖尿病患者）的人来说，会造成严重的风险。高血压患者也会出现这种情况，因为食用过多咸味食物会导致钠离子滞留于体内，从而导致血容量增加和血压升高，而血压升高是中风的主要因素之一。另一方面，避免食用甜食或咸味食物需要强大的意志力、持续的心理训练和特殊的护理，而这种能力并非人人皆有。
在这种情况下，为这类人群使用人工味觉装置或许可以成为品尝各种口味的另一种解决方案，从而预防与食用含糖或含盐食物相关的疾病。此外，通过控制丘脑腹侧后内侧核的兴奋性，可以在味觉皮层中人工模拟所需且适量的各种味觉，而无需舌乳头品尝食物并进入血液。
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◉ 发明人和专利所有人：Ali Pourahmad
◉ 类别：发明家的新发明
想象一下，我们不再依赖传统的化学药物治疗，而是直接用来自大脑内部的光束来治疗疾病。事实上，这并非我们想象的那么遥不可及，因为近年来，我们见证了基于光的生物电子技术的巨大发展。我希望这类想法能够尽快进入治疗应用阶段，以便在其功能范围内进行进一步的开发。
◉发明技术描述:
首先，我们需要了解大脑中直接或间接参与味觉皮层系统功能的不同部分。一般来说，大脑分为大脑、脑干和小脑。大脑是大脑最大的部分，位于大脑前部，由大脑皮层的灰质和其中心的白质组成。大脑的这一部分在调节体温的同时，启动与视觉、听觉和触觉相关的信号传递，并协调和建立言语、判断、思考和推理、解决问题、情感表达以及学习能力等功能之间的联系。
◉ 发明：无需品尝食物即可在大脑中产生人工味觉的装置
◉ 发明人和专利所有人：Ali Pourahmad
◉ 类别：发明家的新发明
脑干由中脑、脑桥和延髓组成，延髓连接大脑和脊髓。中脑或中脑结构非常复杂，拥有各种不同的神经元簇、各种神经通路以及位于黑质的多巴胺神经元，控制着听觉和运动等各种功能，从而计算出问题的适当答案。脑桥是 12 条脑神经中的 4 条的起源，这些脑神经控制着流泪、咀嚼、眨眼、视觉聚焦、平衡、听觉和面部表情等活动。延髓位于脑干底部，大脑在此连接脊髓。它调节许多身体功能，例如心率、呼吸模式、血流量以及血液中的氧气和二氧化碳水平。脊髓从延髓底部延伸，穿过颅骨底部的一个大孔，到达身体的其他部位，这是向大脑发送信号和向大脑发送信号的接口。小脑是大脑的一小部分，位于颅骨后部，颞叶下方和脑干上方，由两个半球组成。小脑的外部包含神经元，而内部区域是大脑与大脑皮层进行交流的地方，从而实现各种功能，例如自主肌肉运动或维持身体平衡。
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根据本文末尾视频中展示的计算机模拟，与创造人工味觉最相关的大脑区域是间脑。间脑位于大脑深处，是大脑第三脑室壁的形成部位。间脑的三个主要区域是丘脑、下丘脑和上丘脑。每个区域都有其独特的功能，但其中丘脑在完成味觉过程中起着最重要的作用，因为味觉神经元的范围从舌头、食道和上颚的味觉细胞延伸到脑干的延髓，再到丘脑，最后到味觉皮层。虽然味觉信息在从舌头不同区域出发，经过延髓、丘脑和大脑皮层三个区域的过程中，会被分离并分类成不同的信号，但丘脑是这些数据的主要处理器，最终将其发送到味觉皮层。味觉皮层的主要功能是处理甜、酸、咸、苦和鲜等基本味觉，这些味觉通过接收来自舌头和口腔其他部位味觉受体的信号来激活。
信息通路在接收舌神经感受器信号后，会到达面神经节前三分之一处的岩神经节和膝状神经节，然后进入背根神经节（孤束核）的主要感觉核。这些信号在各个区域被分离，然后进入丘脑腹后内侧核，在那里处理并生成味觉的主要数据，最终经过处理后到达味觉皮层，产生不同味道的感觉。事实上，我之前的想法就是从丘脑腹后内侧核开始的：我们不应该接收来自舌头的平滑信号，而应该输入精细的人工电信号，以模拟丘脑后内侧核的相同自然功能。换句话说，任何从丘脑内侧后部兴奋区发出的信号都会被味觉皮层识别为不同味道的特定数据，并在大脑中产生对味道的感觉反应。
◉ 点击下方任意图片即可放大:
为了实现这一目标，我再次求助于光遗传学技术来激活负责生成不同味觉数据的细胞。这些细胞位于丘脑的腹侧中背核，它们内部含有感光蛋白，能够生成和处理产生不同味觉的信息。这些感光蛋白有几种反应，例如，它们的重要部分包括光响应离子通道、光响应 G 蛋白偶联受体 (GPCR)、光响应蛋白质-蛋白质相互作用结构域和光响应笼状基团。在丘脑的腹侧后内侧核中，有味觉皮层的冲动生成细胞，它们可以将背根神经节发出的信号替换为对蓝光或紫外波长敏感的蛋白质刺激产生的信号。
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换句话说，通过将受控的、穿透性波长的蓝色或磁性紫外线照射到丘脑的后中核，附着在该区域神经元细胞上的蛋白质会受到刺激，并发出微弱的电脉冲来激活味觉皮层。这些脉冲包含与味觉生成相关的数据，这些数据与丘脑中细胞团的目标区域成比例。换句话说，丘脑中细胞团的每个部分都决定着特定味觉类型的生成，并在受到刺激时向味觉皮层和味觉感知区发送特定的信息。
通过这种方法，我们可以选择性地激活甜味或苦味的皮质场，这可以通过将携带感光蛋白基因的无害病毒注入丘脑来实现，因为接收该基因并产生蛋白质的神经元将能够对光源的波长和颜色做出反应。
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在这篇短文的最后，我想指出，食物的味觉感知并非直接且唯一地与舌头和口腔内输入的物质数量相关，因为感知化学物质并产生各种味道的是大脑的味觉感受器。如果我们关闭丘脑区域并切断其与延髓、后内侧核和味觉皮层的连接，即使我们吃了大量的食物，我们也永远无法感知和识别味觉。反之亦然，如果我们通过磁光辐射或内部光纤瞄准味觉来激活丘脑中的上述区域，即使没有吃或品尝任何食物，我们也能够充分感知和理解味觉中的各种味道。
文章结束//
◉ 无需品尝食物即可在大脑中创造人工味觉的视频/类别：Ali Pourahmad 的发明
◉ 本视频动画创作者：Ali Pourahmad
◉ 本视频的音乐作曲家：Ali Pourahmad
◉ 叙述者：阿里·普拉哈迈德
◉ 语言：英语
◉ 字幕：无
◉ 阿里·普拉哈迈德的科学发明
◉ 阿里·普拉哈迈德的科幻电影
◉ 阿里·普拉哈迈德奖
◉ 阿里·普拉哈马德的画作
◉ Ali Pourahmad 器乐
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