“神手”系統(tǒng)：控制手套與發(fā)射機(jī),。 2154年，雙腿癱瘓的美國前海軍陸戰(zhàn)隊(duì)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(gè)美麗星球上活動(dòng),，地球人克隆了適合在其土壤上生存的“阿凡達(dá)”，讓杰克的意識進(jìn)駐其中,，而將他的大腦連接在計(jì)算機(jī)上,，控制著作為人類在這個(gè)星球上自由活動(dòng)的化身“阿凡達(dá)”的一切活動(dòng)…… 這是在科幻電影《阿凡達(dá)》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(xiàng)實(shí)驗(yàn)正將它逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),。 “阿凡達(dá)猴子”實(shí)驗(yàn) Ziv Williams是美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家,，同時(shí)他還是一名神經(jīng)外科醫(yī)生。他與同事完成的“阿凡達(dá)猴子”實(shí)驗(yàn)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(bào)》記者郵件采訪時(shí)稱，在實(shí)驗(yàn)之初,，他們只是想通過一項(xiàng)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(shí)驗(yàn)而‘偏癱’,，所以我們想到用兩只猴子,。”Ziv Williams在郵件中回復(fù)道,，“后來《阿凡達(dá)》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(dá)’形容我們的試驗(yàn),?！?/FONT> Ziv Williams和他的兩名同事選用的兩只猴子在實(shí)驗(yàn)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(dòng)作,。在實(shí)驗(yàn)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(dá)”（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(yùn)動(dòng)前區(qū)的神經(jīng)元活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控，再用計(jì)算機(jī)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(yùn)動(dòng),。另一方面，他們在“阿凡達(dá)猴子”的脊髓中植入了36個(gè)電極,，用來刺激它的肢體活動(dòng),。同時(shí),，計(jì)算機(jī)會將解碼后的“主體”的大腦指令信號傳遞到“阿凡達(dá)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(dòng)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(dòng)作的目標(biāo)是否達(dá)到，而不是某些肌肉和關(guān)節(jié)”,。 在接下來的實(shí)驗(yàn)中,，Ziv和他的同事發(fā)現(xiàn)，“主體猴子”能夠成功控制“阿凡達(dá)猴子”,，用操縱桿完成控制屏幕上光標(biāo)移動(dòng)的動(dòng)作,。通過多次實(shí)驗(yàn)，“阿凡達(dá)猴子”動(dòng)作完成的成功率在80%~90%之間（而非此前媒體報(bào)道的98%）,。也就是說,，在接受同樣的神經(jīng)刺激時(shí)，“阿凡達(dá)猴子”能跟“主體猴子”做出基本相同的動(dòng)作,，對動(dòng)作指令的執(zhí)行率“八九不離十”,。 Ziv Williams強(qiáng)調(diào)，這一研究致力于幫助癱瘓病人實(shí)現(xiàn)通過控制自己的肢體完成動(dòng)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(jià)其是“一項(xiàng)難度極高的科學(xué)實(shí)驗(yàn)……這一實(shí)驗(yàn)在‘腦機(jī)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(bào)》記者采訪時(shí)表示,，“阿凡達(dá)猴子”實(shí)驗(yàn)的控制信號直接取自大腦，在取信號和執(zhí)行控制信號時(shí)須對實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行開顱和椎板切除術(shù),，容易對實(shí)驗(yàn)對象造成很大損傷,；并且實(shí)現(xiàn)的只是“阿凡達(dá)猴子”從“0”到“1”（用手操控計(jì)算機(jī)顯示屏上光標(biāo)的上下移動(dòng)）的轉(zhuǎn)換，將這種技術(shù)運(yùn)用到人體前還須更多研究,。 實(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)兩只蟾蜍互感互動(dòng)。 王志功當(dāng)時(shí)為該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人,，研究人員各攜一只蟾蜍,，組成南京,、北京兩個(gè)小組。南京的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(dòng)作。 王志功說,，當(dāng)時(shí)兩地的實(shí)驗(yàn)得到了相同的結(jié)果,，從而驗(yàn)證了千里之外兩只蟾蜍可以實(shí)現(xiàn)互感互動(dòng)。 癱瘓患者的福音 目前,，王志功已在蟾蜍實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上,，進(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了“動(dòng)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(dòng)另一側(cè)手或腿的活動(dòng),，例如做出拿水杯這樣的動(dòng)作,。也可以由護(hù)士或家人等健康的人來帶動(dòng)癱瘓病人做動(dòng)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(dá)猴子”實(shí)驗(yàn)的異同時(shí)，王志功答道,，盡管兩者都是在兩個(gè)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(dòng)作或運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)時(shí)肌電的動(dòng)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(shí)上,，我們是充分利用了人的大腦,、脊髓到外周神經(jīng)的整個(gè)系統(tǒng)功能?！?/FONT> 他告訴《中國科學(xué)報(bào)》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(shí)驗(yàn)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(dòng)下同步地實(shí)現(xiàn)自然的和諧運(yùn)動(dòng),，甚至能實(shí)現(xiàn)“一個(gè)健康人的五指可以在另一個(gè)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(jī)在多方支持下完成制作,，并已開始進(jìn)入醫(yī)療器械認(rèn)證的程序,。 “我們希望年內(nèi)通過認(rèn)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(yàn),。”他表示,。 此外,，王志功還有一個(gè)“手表”操控的夢想：比如偏癱病人的左手戴一個(gè)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(dòng)活動(dòng)。 “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(dòng)時(shí)就和健康人無異,。”他說道,。 轉(zhuǎn)自求是理論網(wǎng)-科學(xué)普及 |
