應用無窮的生物電

一次，一個遠洋捕撈作業(yè)船隊在漁區(qū)趕魚汛，一個檢修人員潛到水底，突然觸到了什么東西，立即感到四肢麻木、渾身戰(zhàn)栗起來。他們不知碰到了什么怪事，經(jīng)詢問當?shù)貪O民，才得知原來是一種棲居在海底的魚在作怪。這種魚叫電鰩，能夠放電，就是這電擊中了那位檢修人員。

能夠放電的魚，人們把它們統(tǒng)稱為“電魚”。

目前，世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有500多種電魚。電魚用放電來自衛(wèi)或捕食。非洲的電鯰，可產(chǎn)生350伏的電壓，能擊死小魚，也可將人畜擊昏；北大西洋的巨電鰩，能產(chǎn)生60伏、50安的電脈沖，功率高達3千瓦，大魚被電到也難逃一死。中南美洲的電鰻，其發(fā)電電壓更可以高達800多伏，是電魚中電壓最高的。

一條活魚，怎么能夠放電呢？從身體里往外放電，不是把自己也給電著了嗎？

原來，在電魚的體內(nèi)長有奇特的發(fā)電器官，各種電魚發(fā)電器官的位置和形狀不盡相同。電鰻的發(fā)電器官分布在尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中，呈長菱形；電鰩的發(fā)電器官則排列在腹面兩側(cè)，形似兩個扁平的腎臟。電魚的發(fā)電器官，都是由許多叫做“電板”的盤形細胞組成的。電鰩的發(fā)電器官里面共有200萬個電板，電鯰的電板數(shù)更多，約有500萬個。這些電板都浸潤在細胞外面的膠質(zhì)中，由于膠質(zhì)可以起到絕緣作用，所以電魚的發(fā)電器官發(fā)出的電不會使自身觸電。電魚的每個電板，都能產(chǎn)生一定的電壓，例如電鰻的一個電板的電壓是0.15伏。由于電板數(shù)目很多，所以電魚能夠產(chǎn)生強烈的放電。

科學家們發(fā)現(xiàn)，除了電魚能發(fā)出強烈的電流以外，世界上一切動物體都能產(chǎn)生微弱的電流。這種由生物體產(chǎn)生的電，就叫做生物電。生物電不是可有可無的，假如離開了它，世界上的一切動物也就不會存在。

去醫(yī)院看病，為了診斷心臟是否有病，常常要做心電圖。心電圖就是在身體表面記錄到的心臟發(fā)出的生物電。我們的大腦也能產(chǎn)生生物電，叫做腦電，輸出的電壓有0.02-0.1毫伏。同樣，腦電可以用固定在頭皮上的電極引出，用專門的儀器（腦電儀）記錄下來。腦電圖也已經(jīng)成為診斷大腦疾病的常規(guī)方法。

有人會問，為什么根據(jù)心電圖和腦電圖，就能診斷有沒有疾病呢？

這是因為科學家們通過大量的實驗已經(jīng)證實，人和動物身體內(nèi)的各個臟器產(chǎn)生的生物電，不是雜亂無章、可有可無的，而是有一定規(guī)律，與生理活動有著密切的關系。例如每個正常人的心電圖波形是大致相同的，如果波形出現(xiàn)了不正常的情況，也就說明心臟某個對應部位的生理活動出現(xiàn)了病態(tài)。除了腦電圖，還有醫(yī)療上常用的視網(wǎng)膜電圖，也是利用了它們的波形與腦和眼生理活動的對應關系，而被應用于診斷疾病的。

通過研究生物電的活動規(guī)律，而了解機體的生理機能，這種研究方法已廣泛應用在生理學研究之上，并形成了一門獨立的科學分支，叫做“電生理學”。電生理學方法，是對人和動物神經(jīng)系統(tǒng)、感覺器官生理機能進行研究的最主要的方法。

動物獵取食物、逃避敵害、尋找配偶、適應環(huán)境，都離不開感覺器官。因為通過感覺器宮，動物體才能獲得有關外界環(huán)境的各種信息。在眼、耳、鼻、舌、皮膚等執(zhí)行感覺機能的過程中，一個很重要的步驟，是先要把傳遞信息的光線、聲音、氣味、壓力和冷熱等信號，轉(zhuǎn)換成神經(jīng)電信號。這些電信號在感覺器官中再經(jīng)過一定的處理（有一點兒像在電報局編電碼那樣），而后便經(jīng)神經(jīng)傳向大腦，從而產(chǎn)生感覺。

讓我們以人和哺乳動物的眼睛為例，較為詳細地談一談生物電在感覺過程中所起的作用。外界物體通過眼球的晶狀體（好像照相機的鏡頭），在視網(wǎng)膜上形成一個光的影像。視網(wǎng)膜上的感覺細胞受到光的照射之后，就把光的強弱信號轉(zhuǎn)變成了電信號，這就是我們通常所說的神經(jīng)電。與光的強弱相對應，神經(jīng)電表現(xiàn)為脈沖頻率的高低。這樣，許許多多感覺細胞同時把它所感覺到的那部分影像上的光信號，轉(zhuǎn)換成了電信號。這些電信號又都通過視神經(jīng)傳到大腦皮層的視區(qū)（這個區(qū)域是專門掌管看東西的）。經(jīng)過分析和結合，大腦就像翻譯電報似的把這些電信號的含義“翻譯”出來，從而感覺到了外界物體的存在，就是我們?nèi)粘Ｋf“看到了物體”。

正是根據(jù)視覺過程產(chǎn)生的這種生物電現(xiàn)象，科學家們找到了一種使盲人重建視覺、使他們復明的有效方法——用人造的裝置產(chǎn)生視覺的方法。科學家們把這種視覺叫做“人工視覺”。目前達到的水平，是用一架小型電視攝像機代替失明的眼球，把外界景物成像并轉(zhuǎn)換成一系列電信號；視網(wǎng)膜對影像電信號的處理工作，則由一臺微型電子計算機去完成；從計算機出來的電信號由一組起視神經(jīng)作用的導線引導到貼在盲人大腦皮層視區(qū)的幾十或幾百個電極片上。由于電信號對大腦的刺激，就使盲人獲得了視覺。用這種方法獲得的人工視覺，由于貼在大腦上的電極數(shù)目等一系列限制，盲人感覺到的圖像還比較粗糙。但是，經(jīng)過訓練和習慣過程，可以達到為盲人部分地恢復視覺的目的。

生理科學的發(fā)展早已證實，伴隨著人和動物的所有神經(jīng)、肌肉、器官和腺體的活動，都有微弱的生物電產(chǎn)生；這些生物電信號在體內(nèi)的產(chǎn)生和傳播，又是這些臟器完成各自的生理機能不可缺少的因素。隨著人們對生物電的產(chǎn)生和傳播規(guī)律認識的加深，不僅使人們加深了對機體生理活動的認識，也出現(xiàn)了一個嶄新的科技領域——生物電控制。

我們的一舉一動都受著神經(jīng)系統(tǒng)的支配，都是在大腦下達給肌肉的“指令”控制下進行的。這些指令信號就是一系列生物電信號，表現(xiàn)為電流或電位的變化，可以在身體表面用特制的電子儀器記錄到。在肌肉表面記錄到的生物電，叫做肌肉電或肌電。肌電實際上是由大腦的指令電信號和肌肉活動產(chǎn)生的生物電兩部分組成的。既然生物電是一種電信號，因此它就不僅能夠控制人體肌肉的收縮和松弛，而且也能控制和操縱人造的機器，這就是生物電控制。

最早應用生物電控制技術的技術裝置是假肢。比如，有一種肌電控制的假手，轉(zhuǎn)動手腕、屈伸手指等動作，是由里面的微型電動機帶動機械部件完成的，而控制和驅(qū)動微型電動機的，就是從殘肢皮膚上引出并經(jīng)加工和放大了的肌電信號。這種假手活動自如、隨心所愿，能夠完成正常人手的一些主要動作。

實驗證實，把一個人的肌電信號傳送給另一個人的相應的肌肉，可使第二個人精確地重復出第一個人的動作。這樣，生物電控制就為訓練飛行員提供了一個很好的辦法，因為這要比用語言和示范動作好得多。而且，可以用磁帶把一套動作的肌電信號錄下來，對飛行員反復進行訓練。

生物電控制技術在高速飛機的駕駛和宇宙飛船的控制上，正顯示其重要作用。高速飛機在突然改變航向或航速時，會產(chǎn)生很大的超重，航天飛船在一定的飛行階段也會有更大的超重。在超重的情況下，人的行動是極其困難的，一個簡單的舉手、抬腳動作也必須使很大勁才能完成。這樣，就會使飛行員或宇航員不能準確操縱和駕駛。人們制成了好多種飛機肌電伺服控制系統(tǒng)和宇航船肌電伺服控制器，很好地克服了超重情況下的駕駛問題。這些系統(tǒng)都可以把在試圖做操作動作時所產(chǎn)生的肌電信號，用來控制飛機或飛船，或者用肌電信號驅(qū)動一定的機構，給人助上一臂之力，使人順利完成控制動作。

基于對人體運動肌肉和生物電控制的研究，人們正在研制一種“人形機”。這是一種直接用人的肌電信號控制的機器人，目的是利用它在人難以到達的地方去工作，例如高輻射、高溫地區(qū)以及深海和宇宙空間或外星球表面等。這種人形機有四肢，裝有視覺、觸覺和聽覺傳感器，由人進行遙控：人做一定的動作，各部位產(chǎn)生的肌電信號經(jīng)放大和計算機處理之后，再變成無線電遙控信號，發(fā)送給人形機的相應部位，于是人形機也就重復那個人的動作了。

人們已經(jīng)了解到，在不同的麻醉階段，腦電信號是不一樣的；呼吸狀況的不同，呼吸神經(jīng)的電信號也不相同。根據(jù)這些生理特點，科學家們已經(jīng)將生物電控制直接用于維持人的生命或治療疾病。有一種自動麻醉機，是用病人的腦電進行控制的，能夠恰到好處地自動供給或撤除麻醉藥物。有一種自動人工呼吸器，是用呼吸神經(jīng)信號控制的，這是目前最理想的搶救器械。還有一種心搏同步器，則是從心電中得到控制信號的。

在人類社會，開動各種機器和裝置的電，作為一種能量，已經(jīng)改變了人類生產(chǎn)和生活的面貌。在動物世界，那無數(shù)活的發(fā)電機源源發(fā)出的電，則是作為一種威力無比的控制信息使生命富有活力。我們相信，人類從生命之電得到的啟迪，必將使人類的生產(chǎn)和生活錦上添花!