三年前被判定学术不端、失去工作,现在他证明自己是对的

一名曾被判定学术不端的神经科学家,令完全丧失肌肉控制能力的“渐冻症”患者重获交流能力,这能挽救他被毁的学术声誉吗?

来源|科研圈

撰文|魏箫

三年前,德国图宾根大学(University of Tübingen)的著名神经科学家 Niels Birbaumer 从他的“王座”上跌落。因为一项有争议的“读脑”研究,Birbaumer 被认定存在学术不端行为。他被剥夺了经费,失去工作,有关论文也被PLOS Biology撤稿。

现在,为自己激烈辩护的 Birbaumer 看到了声誉恢复的希望。3 月 22 日,他在《自然-通讯》(Nature Communications)上发表了一项建立在这项争议性工作之上的新研究。Birbaumer 和他的合作者令一位躯体进入完全封闭状态、甚至丧失了眼球转动能力的完全闭锁患者可以通过脑机接口拼写出句子,与外界交流。此外,Birbaumer 和他的合作伙伴、德国非营利组织 ALS Voice 的生物医学工程师和 Ujwal Chaudhary 表示,他们赢得了支持其 PLOS 论文真实性的诉讼。

“我们的研究证明,闭锁综合征患者不是一具没有灵魂的躯体,他们确实拥有意志和欲望。我们 PLOS Biology 论文提出的观点很快就会被证明是正确的,”Chaudhary 说。“我们的救赎终于要到来了。”

被困住的灵魂

闭锁综合征(locked-in syndrome)也被称为假性昏迷,患者由于随意肌完全瘫痪而无法活动或说话,但仍保留有意识与认知功能,视觉、听觉和嗅觉也不受影响。这种疾病非常罕见,脑干中风、脊髓侧索硬化(ALS)等神经元退行性病变、药物过量或神经毒素都可能致病。部分闭锁综合征患者保留了细微的眼外肌控制能力,能够通过眨眼或转动眼球与外界沟通。最有名的例子可能是 1995 年因为中风而引发了闭锁综合征的法国记者 Jean-Dominique Bauby,他在全身只有左眼眼睑可以活动的情况下,让助手按照使用频率高低的顺序朗读字母表,通过眨眼发出确认信号,一个字母一个字母地拼出了自己的回忆录《潜水钟与蝴蝶》(Le Scaphandre et le Papillon)。

但并不是每个患者都能保留这一点几乎会被普通人忽略的肌肉控制能力。在完全闭锁(completely locked-in)这种更严重的情况下,患者甚至无法转动眼球。他们无法活动的躯体成为了困住自己的牢笼。

Birbaumer 则是想要打破这一“牢笼”的人。这名德国神经科学家在长达数十年的职业生涯中一直在尝试使用脑机接口(BCI)技术来读取闭锁综合征等无法说话的患者的想法。这是一个面临很多争议的新兴领域,涉及一系列财务、道德和法律问题。学界关于那些有意识但无法行动并以来生命支持系统的患者的生活质量的争论也非常激烈。批评者认为,失去了所有自主肌肉控制的患者,其交流能力也会随之丧失,继续尝试“读脑”的工作只会给患者和家属带来虚假的希望。但 Birbaumer 认为,被锁在封闭躯体中的患者有机会靠这一技术过上令他们满意的生活――“即使社会不想,我们也希望这些人活着。”

撤稿风波

2017 年初,还在德国图宾根大学和瑞士 Wyss 生物和神经工程中心(Wyss Center for Bio and Neuroengineering)任职的 Birbaumer 与当时的同事 Chaudhary 在 PLOS Biology 上发表了一篇引人注目的论文。这项研究使用非侵入性的功能性近红外光谱(fNIRS)技术,令 4 名由 ALS 导致的完全闭锁患者靠大脑活动信号回应问题,给出“是”或“否”的答案。这四名患者都住在家中由家人照顾,需要呼吸机和食管来维持生命。Birbaumer 的团队为他们带上了一顶使用红外线分析患者大脑不同区域的血流变化的电极帽,并用计算机学习他们在回答问题时的血流模式信号,从而得以区分患者的答案是“是”还是“否”。这篇论文显示,当患者在这套系统下对常识性问题的回答正确率达到 70% 后,研究者开始用提问的方式与他们进行内容上更个人化的交流。令人惊讶的是,这四名患者的回答都显示他们觉得生活是“幸福”的,这表明闭锁综合征可能不是许多人认为的“人间地狱”。

在此之前,学术界一直怀疑,一个对身体失去所有控制权的大脑是否有能力发出足够的信号,以形成有意义的交流。此外,在一些安乐死被合法化的欧洲国家,患上 ALS 并发展为完全闭锁状态的绝症患者一直被认为处于无药可救的饱受折磨状态,有权得到协助自杀等服务。因此这项研究不论是从学术角度还是从伦理角度都对当时的既有观念构成了挑战。

最先对这项突破性论文发起进攻的,是 Birbaumer 的同行。2018 年 4 月,图宾根大学信息学博士后 Martin Spüler 向德国科学基金会(DFG) 举报称无法重复 Birbaumer 已经发表的研究结果,DFG 随后展开了调查。

2019 年,调查结果公布,判定 Birbaumer 的研究数据不完整,且数据统计过程存在缺陷。Birbaumer 和 Chaudhary 都因此受到了严厉制裁:Birbaumer 被禁止在未来 5 年内申请 DFG 资助和担任 DFG 评审员,Chaudhary 被禁止申请 DFG 资助和担任 DFG 评审员 3 年。PLOS Biology 也根据这一调查结果,在作者反对的情况下撤回了 2017 年的突破性论文。Birbaumer 在这次风波后离开了德国,搬去了意大利。

当时一些媒体对 Birbaumer 学术不端事件的报道。来源:Discover magazine网站截图

新的证明

虽然 Birbaumer 和 Chaudhary 的研究没有被学界认可,但他们并没有放弃继续寻找令这些被封闭在自己身体内的患者冲出牢笼的方法。2017 年发表的论文两年后被撤稿,但发表当时广泛的媒体报道吸引了一名 ALS 患者父母的注意。他们联系上了 Birbaumer 的团队,当时这位男性患者还保留有控制眼球转动的能力,能够向研究团队表达“同意植入侵入性脑机接口”的意愿。

Chaudhary 在接受采访时说,他们希望帮助处于完全闭锁状态的患者拼出单词,这无法利用之前准确率只有 70% 的 fNIRS 技术实现,因此选择为患者实施侵入式 BCI 植入。2019 年 3 月,这名患者接受了手术,两个大小约为 3 平方毫米的微电极阵列被植入大脑左侧运动皮层。当时患者已经失去了转动眼球的能力,进入了完全闭锁状态,这成为了 BCI 被用于完全丧失自主肌肉控制的患者的首个案例。

在研究人员的配合下,这名现年 36 岁的男性患者学会了使用大脑活动改变声音的频率。他能够通过增加或减少声波的频率使计算机播放快速或慢速的哔哔声,赋予其“是”或“否”的含义。这样,患者能够对一组字母做出“是”或“否”的选择,然后再对其中的单个字母做出选择,完成自由拼写。在 BCI 植入后的第 107 天(开始自由拼写的第二天),患者“说”出了一个不太通顺的德语句子:erst mal moechte ich mich niels und seine birbaumer bedanke(首先我想感谢 Niels 和他的 birbaumer)。在接下来的一年中,他以每分钟一个字母的速度拼出了几十句话,其中许多都与他的护理有关,例如“不穿衬衫,只穿袜子”“妈妈头部按摩”“当有人来看我时,头总是放得特别高”;还有与妻子与儿子的互动,比如“买一个肉汤搅拌器”“我爱我的酷儿子”“你愿意和我一起看迪士尼的罗宾汉吗”。研究者称,患者甚至能够改“说”英语,因为他知道研究团队中有两个成员的母语不是德语,总是在自己面前说英语。

患者通过 BCI 的神经反馈系统完成字母选择和句子拼写。图片来源:论文。

这一次,Birbaumer 和 Chaudhary 将他们的新研究发表在了《自然-通讯》上,论文的同行评议时间长达两年。这一新方法的准确率超越了他们 2017 年的研究,能够让患者以 80% 的准确率完成“是”或“否”的回应,但仍然存在不少限制。《科学》新闻(Science News)的报道称,这名植入了脑机接口的患者目前依然在与 Wyss 方面的研究团队合作,但他的自由拼写能力正在下降,目前主要以回答“是”或“否”的形式与外界交流,这可能是因为植入电极周围产生的疤痕组织掩盖了神经信号,也可能是因为患者的大脑正在失去控制设备的能力。此外,这套设备高昂的成本也令普通家庭望而却步――Chaudhary 估计这一系统两年的使用成本接近 50 万美元,约合 318 万人民。

新研究的发表,能“反转” Birbaumer 和 Chaudhary 三年前被判定学术不端的境遇吗?没有参与这项研究的美国得克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)计算机工程和神经学教授 José del R。 Millán 认为,《自然-通讯》论文并不能直接支持 2017 年的PLOS Biology研究,因为二者使用的大脑信号类型完全不同,并且新研究中的患者与之前的研究没有关系。但他也指出,新论文展示了 Birbaumer 为完全闭锁患者寻找大脑信号来完成交流的决心和严谨性,至于 2017 年的撤稿则是一个“不幸的插曲”,不应该令其学术声誉受到损害。

直到现在,Birbaumer 也坚持认为自己 2017 年发表的研究没有问题。据悉,他和 Chaudhary 起诉了指控自己伪造数据的 DFG 和图宾根大学,并称赢得了官司。STAT 的报道称双方目前已经达成了和解,诉讼或将在 3 月底彻底结案。

但 Birbaumer 也承认,他的新研究依然会面临一些挑战。“这项工作对安乐死法案有政治影响,”他在接受采访时表示,“在欧洲,安乐死法律自由化背后有强大的政治力量,因此这类研究非常有争议。”

论文信息:

Chaudhary, U。, Vlachos, I。, Zimmermann, J.B。 et al。 Spelling interface using intracortical signals in a completely locked-in patient enabled via auditory neurofeedback training。 Nat Commun 13, 1236 (2022)。https://doi.org/10.1038/s41467-022-28859-8

[Retracted]BrainCComputer InterfaceCBased Communication in the Completely Locked-In State

Chaudhary U, Xia B, Silvoni S, Cohen LG, Birbaumer N (2017) BrainCComputer InterfaceCBased Communication in the Completely Locked-In State。 PLOS Biology 15(1): e1002593。https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1002593

主要参考资料:

https://www.science.org/content/article/first-brain-implant-lets-man-complete-paralysis-spell-out-thoughts-i-love-my-cool-son

https://www.statnews.com/2022/03/22/niels-birbaumer-brain-computer-interface-research/

https://www.theguardian.com/science/2022/mar/22/emotional-moment-locked-in-patient-communicates-with-family-via-implant

https://www.theguardian.com/science/2017/jan/31/groundbreaking-system-allows-locked-in-syndrome-patients-to-communicate-als

来源:新浪科技综合

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