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[導(dǎo)讀] 還記得上世紀“超人”的扮演者克里斯托弗·里夫嗎?銀幕里,這位身高1米94、身材魁梧的“超人”有著健康的體魄,樂于助人的精神,總是披荊

還記得上世紀“超人”的扮演者克里斯托弗·里夫嗎?銀幕里,這位身高1米94、身材魁梧的“超人”有著健康的體魄,樂于助人的精神,總是披荊斬棘,救人于生死之間。然而在現(xiàn)實中,超人的扮演者里夫卻因騎馬時意外摔斷頸椎,導(dǎo)致脊髓嚴重受損,余生都將與輪椅度過。

但“超人”永遠擁有著鋼鐵般的意志,即使面臨如此巨變,里夫也不曾放棄希望,他始終樂觀地認為,隨著科技發(fā)展,“終有方法治愈”。

可惜的是,里夫沒能等到徹底治愈癱瘓的方法就不幸去世,但在未來的五到十年間,無數(shù)像里夫一樣依靠輪椅生活的癱瘓患者,或許能實現(xiàn)這位“超人”未能完成的愿望——治愈癱瘓。

治愈癱瘓,從“說出來”到“站起來”

想要治愈癱瘓,我們首先得了解癱瘓的病因。目前來看,許多癱瘓是由外力損傷脊髓而造成的,脊髓受損,從而打斷了大腦向四肢發(fā)號施令的通路。

給大家打個比方,脊髓神經(jīng)就是一座橋,我們的大腦在橋的一邊,軀干就是橋的另一邊,脊髓受損就是橋斷了,而且這個橋還特別精細,難以修復(fù),導(dǎo)致兩邊聯(lián)絡(luò)不上,就出現(xiàn)了癱瘓的癥狀。

這時候怎么辦?當(dāng)然是重新建一座橋,把兩邊再次連接起來,也就是繞過損壞的神經(jīng),建造一個神經(jīng)旁路。

綜合治愈癱瘓的整個歷程,智能相對論將其分為三個階段,第一個階段是腦機互動,意識表達,也就是讓失去說話能力的癱瘓人士比如漸凍癥患者,能夠?qū)崿F(xiàn)用“意念”打字,操作方法主要是通過在大腦中植入電極,捕捉精準的電信號,并讓電極與計算機通信,這個階段自1998年始,醫(yī)生在一個不能說話的癱瘓者的大腦中安裝了一個電極,使其通過計算機實現(xiàn)了與人的交流。

第二個階段則在第一個階段基礎(chǔ)上完成,即腦機結(jié)合,意識操控。也就是讓癱瘓人士能夠通過自己的意念來操控外接設(shè)備,比如機械臂等。

這兩個階段的成功都歸功于近年來快速發(fā)展的腦機接口技術(shù),人們可以先解碼大腦信號,然后通過計算機樞紐,讓大腦和外部設(shè)備相連,從而實現(xiàn)意識的表達以及意識操控機械。我們在已逝世的偉大科學(xué)家霍金所使用的機械設(shè)備中也能了解一二。

第三個階段或許更接近癱瘓患者的想象,那就是用自己的雙手重新掌控,用自己的雙足重新行走,即無線網(wǎng)絡(luò),控制軀干。也就是利用無線發(fā)射器將大腦中神經(jīng)元的信號傳遞到軀干內(nèi)的電刺激器中,使軀干能夠活動。

而讓癱瘓的下肢自己動起來,則是一項關(guān)鍵技術(shù)。人們先后在大鼠、猴子身上做過實驗,讓它們實現(xiàn)了站立和移動,但是,此項技術(shù)還未成熟,還無法運用在人類身上。

科幻地消滅癱瘓要分幾步

即使我們目前的研究已經(jīng)到了第三個階段,但是要更好地幫助癱瘓者康復(fù)還是任重而道遠。

人們從椅子上起身,走出房間,關(guān)上門……這一系列動作,人們大概連想都不會想它們是如何完成的,但對于科學(xué)家們來說,這些簡單的動作卻有著十分繁雜的信息,這里最大的問題就是大腦解碼,人們的腦電活動就好比是紛雜的信號海洋,科學(xué)家們必須要剔除無數(shù)干擾,才能找到控制下肢活動的關(guān)鍵信號。

目前,我們到達的第三階段,所依賴的電信號僅僅能讓軀干伸展和彎曲,還無法完成更精細的動作,比如捻起一根針。而對于下肢,我們更是難以改變它的運動方向,或是越過地上的障礙物。

其次,如果將這種無線控制的技術(shù)運用到人類身上,還必須考慮整體的問題,即如何讓人適應(yīng)直立行走時的身體平衡。

最后,癱瘓患者易出現(xiàn)長期不活動所引起的并發(fā)癥,比如肺炎、骨折、血栓、皮膚破裂、腸道疾病等。最重要的是,長期的癱瘓患者的肌肉萎縮,肌肉彈性遠遠比不上正常人,如何避免并發(fā)癥的出現(xiàn),恢復(fù)患者的肌肉彈性也是治愈癱瘓時必須要思考的。

面對這樣的情況,人工肌肉或許是一個好辦法。目前,很多團隊都在研究“人工肌肉”這一項目,這也被業(yè)內(nèi)認定為極具發(fā)展?jié)摿?。幸運的是,在中國,我們已經(jīng)有了長足進步。

據(jù)南京大學(xué)官網(wǎng)消息,該校與斯坦福大學(xué)合作,利用配位鍵設(shè)計合成了一種高彈性的自修復(fù)材料,可以合成人工肌肉,且具有應(yīng)變高、柔軟性好、質(zhì)輕、無噪聲等特點。

在將來,這個項目估計能為人工智能的仿生化添上一大助力。除此之外,這對于肌肉有缺陷的人們來說也是一個福音。

外部軀干問題有了解決方向,但最大的問題還是大腦信號的傳達。我們要如何捕捉到百萬單位的神經(jīng)元活動細節(jié)?并且還要在大腦中足夠深入,揭示出大腦處理感官輸入信號的原理,并借此來打開控制感官輸入的大門。

雖然觀察大腦信號困難重重,不過最近Rice大學(xué)發(fā)現(xiàn)了一種更好更直接的方式來觀察大腦的信號。目前,研究團隊正在開發(fā)一種扁平化的顯微鏡,名字叫做FlatScope。它可以在我們的大腦中監(jiān)視和觸發(fā)被修改的神經(jīng)元,并且在活動之后被激活。但其成效如何,還需觀望。

最重要的是,感知擁抱的溫度

癱瘓患者由于脊髓高度損傷,無法移動肢體,也無任何直覺,,而不管是假肢還是“人造肌肉”,這些與外界接觸的介質(zhì)都是假的,缺乏真正的感知系統(tǒng)。即使利用了我們?nèi)梭w真正的軀干,但因為它是通過無線腦繞過神經(jīng)系統(tǒng)的損傷刺激軀干里的體電子元件來實現(xiàn)運動,所以我們?nèi)耘f無法感受到身體的反饋。

在實驗中,盡管給予肌肉不同類型的刺激確實能給大腦帶來不同的感覺,但神經(jīng)編碼與身體感知之間的具體對應(yīng)關(guān)系我們還不清楚。目前唯一可讓神經(jīng)修復(fù)學(xué)使用的反饋只有視覺,這意味著參與者可以看著大腦控制軀干的操作,并作出矯正,然而,一旦物體被抓住,只有通過軀體傳達的感覺信息人們才能巧妙地操縱這個物體。

而且,產(chǎn)生真實體感是十分重要的,比如戀人的牽手,朋友之間的擁抱,戀慕、溫情的感覺都依賴于軀干被觸碰時感受到的力度和溫暖。

面對患者的感知需求,通過確定電極植入的準確方式,使腦中軀體感覺皮質(zhì)區(qū)域受到刺激產(chǎn)生出特定的感覺,編寫出電極刺激與身體感覺之間關(guān)系的對應(yīng)詞典就顯得十分重要了。

近些年來,科學(xué)家們也一直在致力于此,加州理工學(xué)院(Caltech)的科學(xué)家們曾經(jīng)通過一組微小的電極刺激腦部的某一區(qū)域,首次使得癱瘓患者的手臂上引起了自然感覺。這一突破也讓我們看到了癱瘓病人自然感知外界的希望。

結(jié)論

在全球,有數(shù)百萬人飽受癱瘓的折磨,這些患者總是拼盡全力才能邁出一小步,在疾病中掙扎著維持他們正在萎縮的軀體,他們無時不刻的想要逃離輪椅伴隨的生活。目前,雖然無線腦—體電子元件的治愈技術(shù)以及感知技術(shù)還未達到成熟,但在各方努力下,相信癱瘓人士們終將重新站立并感知世界的溫度。

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