仿生学带给残疾人希望

阿曼达·基茨刚走进自己工作了快20年的幼儿园就被一群四五岁的孩子团团围住,“你们好,孩子们,你们今天都好吗?”她一边和孩子们打招呼,一边拍拍他们的肩。

“看,机器手!”几个孩子叫起来。

“你们还记得它,哈哈!”基茨伸出了左臂,伴随着她的动作,她的左臂发出了细微的吱吱声。“它有知觉吗?”一个女孩问,一个男孩则壮着胆子伸出手碰了碰她的手指。他触摸到的是一只肉色的塑胶手,这只机器手下面有3个马达,一副金属骨架,以及精密的电子网络。组件顶端一个白色的塑料罩杯包覆着残肢。基茨在2006年的一场车祸中丧失了这只左臂。

基茨说:“我几乎不用考虑怎么移动它,它就能按照我的意念移动。”基茨是个活生生的例子,证明了即使肉体受损或丧失,但过去控制它的神经和脑部组织仍在运作。靠着细微的电极和高超的外科手术,医生开始把病者身上的这些组织连接到摄像机、麦克风和马达之类的装置上,如此一来,失明的人能看见,失聪的人能听到,而阿曼达·基茨则能自如地折叠她的衬衣。

他们所用的机械被称为神经义肢,或是仿生装置。

1992年埃里克·斯奇里普因在游泳池跳水摔断颈骨,四肢瘫痪。如今他的皮下有个电子装置可以让他移动手指握住叉子。乔·安·路易斯是位盲人妇女,在连接视神经的微型摄影机帮助下,现在她可以看到大树的形状。塔米·肯尼如今也能和她18个月大的儿子艾登对话了,因为这位天生失聪的男孩耳朵里有22个电极。仿生学给这些残疾人带来了无限光明,让他们身体已经丧失的功能得以恢复到以往无法想象的程度。

仿生假肢

仿生假肢是由大脑控制的,它充分利用了截肢后残留的神经来控制假肢。2006年,阿曼达的丈夫汤米·基茨在网上浏览到了这种最新的仿生学技术,那时他的妻子正因车祸住院。一辆卡车碾碎了她的小汽车,同时也碾碎了她的左臂,从肘关节以下的肢体都丧失了。

托德·库肯是芝加哥康复研究中心的医生和生物医学工程师。他清楚地知道截肢残留部分的神经仍然能够接受来自大脑的信号,问题是如何让信号与肢体连接起来。人体的神经可以传导电流,库肯需要一个“放大器”来增强来自神经的信号,他在人体肌肉中找到了这种“放大器”,当肌肉收缩的时候,它们就会释放出强大的电流,从而被安装在皮肤表面的电极所探测到,并向其他部位的肌肉发出信号。

基茨说:“一开始用假臂做动作并不容易,我试图移动它,但它并不按照我的意愿去移动。”但是她最终成功了,使用假臂的次数越多,动作越流畅。基茨说:“现在我已经能清楚地感觉到我握力的大小了。”她还能分辨出在粗糙的东西上(比如沙纸)和在光滑的东西上(比如玻璃)摩擦的不同感觉。

仿生神经信号

埃里克·斯奇里普不同于基茨,他并不需要人造假臂,他仅需要恢复自己原有手臂的神经支配功能。斯奇里普手掌上的肌肉和神经功能仍然存在,但来自大脑的控制信号由于脖颈的断裂而被切断了。美国西储大学(克里夫兰)生物医学工程师汉特·派克汉姆和他的研究团队在他胸部放了8个极细的电极,从他的右臂皮下一直连接到手指肌肉上。当他胸部肌肉抽动时,就会引发信号,通过无线电发射器发送到挂在他轮椅上的一个小电脑上。电脑会解读信号,并将信号传回胸部的感应器,继而信号再通过他的手臂往下传到他的手指。信号到达后,就会下令手指肌肉握住叉子——全程花不到百万分之一秒。

仿生耳朵

与此同时,另一项仿生技术也在迅猛发展:耳蜗移植。艾登·肯尼就是最新一批受益者之一。2009年2月,约翰·霍普金森医院的外科医生把设置有22个电极的细线分别植入艾登的两个耳蜗里,也就是通常侦测声音震动的内耳部分。艾登身上有个麦克风会接收声音,并把信号传到电极上,再由电极直接传送至听觉神经。现在,通过强化集中治疗,他正在学习语言,很快就能赶上听力正常的同龄幼儿了!

仿生眼睛

仿生眼睛紧随着仿生耳朵的出现也产生了。乔·安·路易斯几年前因患色素性视网膜炎而丧失了视力。然而,最近她的视力得到了部分恢复,这要归功于美国南加州大学的眼科专家马克·胡玛云。这种眼部疾病的通常情况是病人视网膜的部分内层细胞还存活着。1992年,胡玛云在给病人的视网膜中安装了一个极其微小的电极后意外发现色素性视网膜炎病人部分恢复了视力。

又经过10多年的测试,胡玛云和他的同事研制出一套名为“阿耳弋斯”(希腊传说中的百眼巨人)的视觉帮助系统。病人带上一副墨镜,上面装了一个微型摄像机,还有无线电发射器。视觉信号通过系在腰带上的微型电脑转换成神经节细胞所能了解的电脉冲信号,然后又被传送到耳后挂着的接收器中,那里有线路把信号传到附着在视网膜表面的电极阵上,让这些病人能够看到物体边缘和粗略的形状。视网膜上的电极越多,病人看到的图像越清晰,就像数码相机增加了像素一样。

[编译自美国《国家地理》]