“神手”系統(tǒng)：控制手套與發(fā)射機,。 2154年，雙腿癱瘓的美國前海軍陸戰(zhàn)隊員杰克?薩利,，被派往潘多拉星球的“采礦公司”尋找一種改變?nèi)祟惸茉串a(chǎn)業(yè)的礦物,。為了能在這個美麗星球上活動，地球人克隆了適合在其土壤上生存的“阿凡達”,，讓杰克的意識進駐其中,，而將他的大腦連接在計算機上，控制著作為人類在這個星球上自由活動的化身“阿凡達”的一切活動…… 這是在科幻電影《阿凡達》中,，人類關(guān)于“意念操控”的遐想,。然而，盡管這看起來有些像天方夜譚,，但科學(xué)家的一項實驗正將它逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實,。 “阿凡達猴子”實驗 Ziv Williams是美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家，同時他還是一名神經(jīng)外科醫(yī)生,。他與同事完成的“阿凡達猴子”實驗讓人們看到了異體操控的曙光,。然而，他在接受《中國科學(xué)報》記者郵件采訪時稱,，在實驗之初,，他們只是想通過一項技術(shù)，讓癱瘓病人能夠重新使喚自己的手腳,。 “最初我們只是想避免讓一只猴子為了實驗而‘偏癱’,，所以我們想到用兩只猴子?！盳iv Williams在郵件中回復(fù)道,，“后來《阿凡達》熱映,，我們覺得它剛好能說明我們正在作的研究，所以我們想到用‘阿凡達’形容我們的試驗,?！?/FONT> Ziv Williams和他的兩名同事選用的兩只猴子在實驗之前都受過長期的訓(xùn)練，可以正確地執(zhí)行訓(xùn)練師命令的動作,。在實驗中,，一只作為“主體”（Host-Monkey）始終保持清醒，另外一只則被注射適量的鎮(zhèn)靜劑,，作為被控制的“阿凡達”（Avatar-Monkey）,。 隨后，他們在“主體”大腦中植入智能芯片,，以對其大腦皮質(zhì)的運動前區(qū)的神經(jīng)元活動進行監(jiān)控,，再用計算機記錄并解碼它的神經(jīng)元模式，從得知“主體”正打算做什么運動,。另一方面,，他們在“阿凡達猴子”的脊髓中植入了36個電極，用來刺激它的肢體活動,。同時,，計算機會將解碼后的“主體”的大腦指令信號傳遞到“阿凡達猴子”的脊髓和肌肉中的電極裝置。 Ziv坦承,，要通過幾片電極去控制軀干中的每一塊肌肉,，去做想讓它做的動作是非常難的。于是,，他們索性將這一問題簡單化，轉(zhuǎn)而“通過專注于動作的目標(biāo)是否達到,，而不是某些肌肉和關(guān)節(jié)”,。 在接下來的實驗中，Ziv和他的同事發(fā)現(xiàn),，“主體猴子”能夠成功控制“阿凡達猴子”,，用操縱桿完成控制屏幕上光標(biāo)移動的動作。通過多次實驗,，“阿凡達猴子”動作完成的成功率在80%~90%之間（而非此前媒體報道的98%）,。也就是說，在接受同樣的神經(jīng)刺激時,，“阿凡達猴子”能跟“主體猴子”做出基本相同的動作,，對動作指令的執(zhí)行率“八九不離十”。 Ziv Williams強調(diào),，這一研究致力于幫助癱瘓病人實現(xiàn)通過控制自己的肢體完成動作的夢想,。 英國《自然―通訊》雜志很快將這一成果刊登發(fā)表,。東南大學(xué)射頻與光電集成電路研究所所長王志功評價其是“一項難度極高的科學(xué)實驗……這一實驗在‘腦機接口’和神經(jīng)功能控制方面具有重要的科學(xué)意義”。 “這次是蛤蟆” 不過,，王志功在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時表示,，“阿凡達猴子”實驗的控制信號直接取自大腦，在取信號和執(zhí)行控制信號時須對實驗對象進行開顱和椎板切除術(shù),，容易對實驗對象造成很大損傷,；并且實現(xiàn)的只是“阿凡達猴子”從“0”到“1”（用手操控計算機顯示屏上光標(biāo)的上下移動）的轉(zhuǎn)換，將這種技術(shù)運用到人體前還須更多研究,。 實際上,，以王志功為代表的我國科學(xué)家在異體控制方面也一直進行著探索。早在2010年,，東南大學(xué),、南通大學(xué)、中國康復(fù)研究中心等單位的研究人員,，就利用“微電子神經(jīng)橋和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”,，在南京和北京之間實現(xiàn)兩只蟾蜍互感互動。 王志功當(dāng)時為該項目的負責(zé)人,，研究人員各攜一只蟾蜍,，組成南京、北京兩個小組,。南京的實驗小組將一滴5%的醋酸滴在坐骨神經(jīng)已經(jīng)接上電極的蟾蜍左腳趾上,，這只蟾蜍受到刺激后其左腿本能地收縮，同時微電極系統(tǒng)將這一坐骨神經(jīng)發(fā)出的“縮腿”信號捕捉,，并交由“微電子神經(jīng)橋”電路放大和處理后轉(zhuǎn)換成電信號,，再通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到北京的實驗室的接收端，再將電信號處理,、恢復(fù)為初始的神經(jīng)信號,，經(jīng)過微電極刺激北京蟾蜍的坐骨神經(jīng)，產(chǎn)生相似的縮腿動作,。 王志功說,，當(dāng)時兩地的實驗得到了相同的結(jié)果，從而驗證了千里之外兩只蟾蜍可以實現(xiàn)互感互動,。 癱瘓患者的福音 目前,，王志功已在蟾蜍實驗成功的基礎(chǔ)上，進一步研發(fā)了“無線微電子肌電橋”的技術(shù),，并在東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院進行相關(guān)的應(yīng)用研究,。據(jù)稱，目前已有10多例癱瘓病人受益于該應(yīng)用研究,，在癱軀上實現(xiàn)了“動起來”,。 “比如一位偏癱病人,，可以讓他健康一側(cè)的軀體控制癱瘓的身體，帶動另一側(cè)手或腿的活動,，例如做出拿水杯這樣的動作,。也可以由護士或家人等健康的人來帶動癱瘓病人做動作?！蓖踔竟φf,。 當(dāng)被問及“無線微電子肌電橋”的技術(shù)與“阿凡達猴子”實驗的異同時，王志功答道,，盡管兩者都是在兩個分立的神經(jīng)系統(tǒng)之間建立起聯(lián)系,，同是控制癱瘓肢體產(chǎn)生動作或運動，但區(qū)別還有不少,。 “不同于將電極加裝在神經(jīng)系統(tǒng),，我們的控制信號取自志愿者健康肢體體表的肌電，再通過體表電極無創(chuàng)地加到受試者的皮膚上,，這種做法對受試者不會造成任何損傷,。”王志功說,，“并且我們需要處理的是肢體運動時肌電的動作電位序列,，猶如獲取前線指揮員直接對連排班各級戰(zhàn)士發(fā)出的戰(zhàn)斗號令；也就是說,，我們的‘微電子肌電橋’主要完成‘戰(zhàn)斗號令’的傳遞,，因此不需要十分復(fù)雜的電腦裝置。事實上,，我們是充分利用了人的大腦,、脊髓到外周神經(jīng)的整個系統(tǒng)功能?！?/FONT> 他告訴《中國科學(xué)報》記者,，采用自主發(fā)明專利制作的微電子神經(jīng)橋裝置，他們前期初步實驗已經(jīng)直觀表明,，偏癱病人的手臂、手腕和手指可以在健康人或患者自己健康一側(cè)手臂,、手腕和手指的帶動下同步地實現(xiàn)自然的和諧運動,，甚至能實現(xiàn)“一個健康人的五指可以在另一個人五指控制下在電子琴上彈奏出簡單的樂曲”。 據(jù)王志功透露,，目前雙通道的有線連接“微電子肌電橋”已有5臺樣機在多方支持下完成制作,，并已開始進入醫(yī)療器械認證的程序。 “我們希望年內(nèi)通過認證后,，在全國醫(yī)院,、診所和家庭推廣應(yīng)用,，為我國500多萬偏癱患者、600多萬腦癱患者,，200多萬脊髓損傷患者和800多萬其他傷病造成的肢癱患者提供一種全新的康復(fù)治療體驗,。”他表示,。 此外,，王志功還有一個“手表”操控的夢想：比如偏癱病人的左手戴一個像手表一樣的裝置，右手也戴一塊“手表”,，完全通過無線將信號傳輸,，這樣偏癱的一側(cè)身體就可以通過健康的一側(cè)來帶動活動。 “當(dāng)然,，也可以由健康人控制癱瘓病人,。兩者之間沒有任何電極和線路的連接，這樣在旁人看來,，癱瘓病人活動時就和健康人無異,。”他說道,。 轉(zhuǎn)自求是理論網(wǎng)-科學(xué)普及 |
