意念移物梦成真

意念也能移物

我们的计算机从一个房间那么大，变到台式机那么小，再变成你口袋里的小平板。下一步，理所当然，就是连接到人体。与《终结者》中由活组织包覆机械骨骼的仿生人不同，这种装置并不迫使血肉与机座融合，而是自动适应人体。

15年来，用大脑控制假肢已经取得突破性进展。研究人员证明，老鼠可以让机械手推动杠杆，猴子可以玩电视游戏，而四肢瘫痪的患者则可从瓶中吸取咖啡。所有这些动作，全都只须通过在心里思考该做什么动作即可完成。

假肢研制方面所取得的进步也同样惊人，目前假肢装置已能使单根手指运动，并有二十几处关节能够弯曲。但是，目前的假肢技术依然缺失一项至关重要的功能。就是可以凭眼睛判断机械手的位置，但不能感觉到机械手在做什么动作。比如喝水这个动作，假肢患者无法感觉到机械手的爪子是否触到了瓶子，更不可能感知瓶子是否会从机械手的握持中滑出来。没有这种感觉反馈，即使是最简单的动作也可能会做得很慢，而且笨手笨脚。所以让假肢患者获得触觉将是再好不过的事情，因为它使他们距离重新有手又近了一步。

触觉是一种非常复杂的信息组合――从抚摸羊毛制品时那种柔和的感觉，到握住湿滑饮料罐时的那种滑腻感，都是触觉的一种。这方面的研究目前仍处于起步阶段，而研究人员所采用的策略也多种多样：有的人打算激活残肢中的神经，重新引导到身体的其他部位上；有的人则干脆直接利用大脑发送与反馈感觉信号。目前，假肢技术的研究人员正努力使假肢具有接近真实器官的感觉功能，从而让假肢患者的愿望得以实现。这项任务的难度令人望而生畏。研究人员已经设法解读了大脑发出的信号，眼下他们必须把信号输入神经系统。

让假肢有感觉

传统的假肢并不是没有反馈机制。例如，目前广泛使用让患者可以通过移动身体的另一部位（例如对侧的肩部）来开合假手，这样，患者在抓住东西时就会感受到挽具中的阻力。类似安装了电动假肢的人（这种假肢由残肢中肌肉发出的电信号控制）在推东西时，残肢会感觉到压力，而在抓住东西时则可能会听到电机声音出现细微的变化。研究人员甚至曾尝试通过振动、空气压力以及电剌激来有意地产生此类反馈。

不过这些感觉全都显得很不自然，这或许是许多人弃用假肢原因之一。假肢看起来怎么都不像身体的一部分。重建“真实”的感觉绝非易事。感觉既来自皮肤中的众多感受器（它们负责探测质地、振动、痛觉、温度及形状），也来自肌肉、关节以及肌腱中的那些形成“本体感觉”（对于肢体在空间中位置的感觉）的感受器。假肢中安装的传感器能够收集许多这类感觉，而问题在于如何让它们产生的信号流向大脑中的恰当部位。

对于做了截肢手术的人来说，为实现这一目的，直观的办法是让信号进入肢体残端中的残留神经。有些研究人员，如犹他大学的神经假肢技术专家肯霍希，用的正是这一招：他们把电极穿进残肢中的神经，然后用微弱电流刺激神经，以使患者产生手指在动或者在被触摸的感觉。这种方法甚至能让患者分辨出物体的一些基本特征。一位失去了双下臂的人通过一只安装了传感器的假手，能够区分出木块和泡沫橡胶块。他识别出这些东西的大小及其软硬的正确率，是随机乱猜的2倍以上。有关力度和手指位置的信息，会从假手传送到一台电脑上，继而刺激植入他上臂神经中的电极。佛罗里达国际大学的研究人员目前正忙于打造一种使用此技术的可植入装置。

但有的研究人员担心，将电极直接植入神经可能会对神经造成损伤。因而，凯斯西储大学的生物医学工程师们开发出了一种状似护腕的电极把神经包围起来。科学家希望能接触到尽可能多的神经而又不用真的穿剌到神经里面。他们证明，给猫安上这种护腕式电极并通电，可以精准地激活神经，使猫的脚向特定的方向移动。现在，他们在尝试剌激那些传送感觉信息的神经。他们的第一位患者已经于2012年5月在前臂中植入了护腕式电极，现在被移植者的多个部位都有“非常自然的感觉”。该团队目前正在对第二位患者身上的电极进行测试。

直接激活神经元

这类结果看来大有希望，不过研究人员或许需要刺激数百乃至数千的神经纤维才能产生复杂的感觉，而且，如果他们想尽量减少更换电极所需的手术次数，就必须让这些电极能够正常工作多年。因此，有的研究人员另辟蹊径，尝试通过触摸患者的皮肤来给予他们感觉反馈的功能。

此技术是在2002年偶然发现的。当时，芝加哥康复研究所仿生医学研究中心主任托德领导的一个团队正在测试一种新方法，以改进患者对假肢的控制能力。他们的构想是，把患者残臂上原本用来控制手部的神经，重新连接到身体其他部位的肌肉中。当患者想合拢自己的手时，那块接上神经的肌肉就会收缩，产生一个电信号，使假肢动起来。

第一位接受这种“定向神经移植术”的患者是输电线工程师杰西。他因高压电灼伤而失去了双臂。当他的臂部神经改道至胸部肌肉后，他就可以通过心里想象某个动作来操控假手。但出乎所有人意料的是，当胸部被触摸时，他也开始出现了那只失去的手被触摸的感觉。原来，改道的神经已经长进了胸部皮肤里，因此大脑就把它的感觉信号判读为来自患者的手。他胸部上的某些部位有手掌的感觉，而其他一些部位则有类似手指或前臂的感觉。

此类结果让我们看到了这样一种可能性：来自假肢的感觉信息可以传递给一个装置，然后由装置来刺激皮肤的不同部位。那些已经做了定向神经移植手术的人，在新接上神经的皮肤上施加压力会引发触觉，就像失去的手又有了感觉。这种方法并非完美无缺，因为手的各个部位并不能非常明确地对应到移植了神经的皮肤上，而且不同患者的对应情况也有不同。此外，将假肢发出的详尽感觉信息传递出去也颇有挑战性，因为刺激区仅限于很小的一块皮肤。

不过，对于发生过中风或者是遭受过脊髓损伤以致四肢到大脑的神经通道被切断的人，上面的方法没有一个管用。因此，一些研究人员干脆就直接在大脑上下工夫。原则上这应该是很简单的，信号是从人体的特定部位传到大脑的相应部位，因此科学家只要激活接收触觉信号或本体感觉信号的神经元，就应该能让患者产生这些感觉。

然而要做到这一点极其困难，因为科学家们对负责接收信号的究竟是哪些神经元还没有完全了解。这样，研究人员就面临两种方案可供选择：要么鉴别并模仿已有的天然信号，要么就让大脑学习一套新的信号。芝加哥大学神经科学家采用了第一个方案。在一项研究中该团队成员反复地戳猴子手上的两个地方，训练猴子：依据戳的第二下的部位是在第一下的左边或右边，来决定眼珠向左转还是向右转。然后，研究人员将电极插入猴子脑中，观察当他们戳在猴子手上的不同地方时，大脑有哪些部位起反应。研究人员弄清楚了当他们戳猴子的小指时，会激活的那些神经元后，他们在接下来的实验中，便向这些神经元发送电流，以模拟戳的动作。受到电流剌激时，猴子便开始转动眼睛，好像它们的手指真的被戳了一样。

杜克大学医学院的神经科学家则对第二种方案情有独钟。他们训练猴子仅靠思维，来操纵一只虚拟手在电脑屏幕上移动，并触碰屏幕上的东西。当虚拟手接触到一个“粗糙”的东西时，他们就向猴子的大脑发送低频电脉冲，而如果是碰上“光滑”的东西，则发送一个高频脉冲。久而久之，猴子逐渐学会了根据大脑所接收到的信号频率来选择东西，并且基本上能够“感觉”到屏幕上的东西。研究人员希望，未来能把这一方法用到装了假肢的人身上。