假肢也有愛

蜥蜴斷尾可以再生，螃蟹斷腳可以再生，可是與這些看似“原始”的動物比，人類在進化的過程中失去了很多再生的能力。除了嬰兒失去指尖后可能會有再生外，成年人的肢體再生能力幾乎為零。所以，那些因為事故或疾病失去四肢的人，生活質(zhì)量會大受影響，而尋找生物肢體的替代品也一直是醫(yī)生們改善截肢病人生活狀況的重要選擇。

早在古埃及時代，人類就有用假肢的記錄。在柯南道爾的偵探小說《四簽名》里，也有兇手用假肢殺人的描述。

然而，這樣的義肢只能起到簡單的支撐作用，但很難顯著提高被截肢者的生活體驗。好的義肢應(yīng)該可以雙向發(fā)送信號：一方面，病人可以自主控制義肢；另一方面，義肢也需要像帶有神經(jīng)的自然肢體一樣，可以把感覺發(fā)送到病人腦部的感覺皮層里，讓他們產(chǎn)生觸覺。

之前的研究主要集中在解讀腦部密碼，讓實驗對象（猴子和人）通過意念控制機械臂上。但是賦予義肢感覺同樣重要。類似抓東西這樣看起來很簡單的過程也包含著復(fù)雜的反饋，因為我們會下意識地根據(jù)手部的感覺調(diào)整手指的力度，既不會讓東西滑落，又不會過度用勁捏壞東西。以前，裝上假手的病人只能依靠自己的眼睛判斷掌握物體的力度。我們隨手就能完成的動作需要他們極大的注意力和精力，但即使這樣他們還會經(jīng)常摔碎東西。

2011年，杜克大學在猴子身上做了一些列實驗。它們讓猴子用意念操縱虛擬機械手臂，抓住不同材質(zhì)的東西。虛擬機械手臂在碰到不同的材料后，會向猴子的腦部發(fā)送不同的信號。在經(jīng)過訓(xùn)練以后，猴子可以正確地選出某種特定的材料，從而獲得食物獎勵。這個實驗不僅初步表明可以賦予義肢觸覺，而且還說明猴子可以把義肢像腦部發(fā)送的觸覺和腦部向義肢發(fā)送的運動控制信號整合在一起，完成從觸摸到感受，再到根據(jù)感受控制手臂進行選擇的完整反饋。

這個實驗雖然結(jié)果不錯，但僅僅是一個純粹的神經(jīng)生物學研究，并沒有采用真正的義肢。而要做到這點，必須結(jié)合神經(jīng)生物學和電子工程學。今年1月和2月，瑞士和美國的兩所大學發(fā)表論文，分別獨立地用不完全相同的方法給接受實驗的病人裝上了有感覺的義肢。

2月，瑞士洛桑理工學院等機構(gòu)的科學家在《科學·轉(zhuǎn)化醫(yī)學》（Science Translational Medicine）上發(fā)表論文報道了他們的研究。他們給一位36歲的實驗對象丹尼斯·索倫森（Dennis Aabo S?rensen）裝上了一個有感覺的義肢，在機械手上有20個感覺位點，可以產(chǎn)生不同的感覺。

整個過程十分復(fù)雜。首先，羅馬吉米利醫(yī)院的醫(yī)生在索倫森的兩條手臂神經(jīng)正中神經(jīng)和尺神經(jīng)上植入了電極。尺神經(jīng)可以控制小指，而正中神經(jīng)可以控制食指和拇指。在植入了電極后，醫(yī)生人為地通過電極刺激了索倫森的正中神經(jīng)和尺神經(jīng)，讓他有了很久都沒出現(xiàn)過的感覺：他覺得失去的手正在移動。這說明索倫森的神經(jīng)系統(tǒng)沒有問題。

隨后，洛桑理工學院的科學家在機器手上裝上傳感器，可以根據(jù)壓力等情況發(fā)送電信號。最后，研究人員把機器手和索倫森的斷臂連在一起。讓機械手上的傳感器代替人手上的感覺神經(jīng)元，讓植入神經(jīng)的電極代替失去手臂上可以傳輸電信號的神經(jīng)。

在裝好設(shè)備并調(diào)試完畢后，研究人員進行了一系列測試。為了防止其他因素的干擾，他們蒙上了索倫森的眼睛，蓋住他的耳朵，只讓他用機械手觸摸。他們發(fā)現(xiàn)，索倫森不僅可以判斷觸摸物品的硬度和形狀，還能分辨不同的材質(zhì)，比如木質(zhì)物品和布料。更重要的是，機械手和索倫森的大腦協(xié)調(diào)良好，反應(yīng)迅速。所以他能在拿起東西的時候快速調(diào)整力度，保持穩(wěn)定。索倫森在洛桑理工學院提供的視頻里說：“這種感覺讓我驚訝，因為我突然能感覺到過去9年里感覺不到的東西了，當我移動手臂的時候，我可以感覺到自己在做什么，而不是看著自己在做什么。”

另一個類似的研究由美國的凱斯西儲大學完成。他們的實驗對象是來自俄亥俄州麥迪遜市的伊格爾·斯派迪克（Igor Spetic），今年48歲。他在制造噴氣發(fā)動機的鋁部件時被鍛造落錘碾到，失去了右手。

凱斯西儲大學的研究人員采用的技術(shù)和洛桑理工學院大體相同，但有一個重要的區(qū)別。洛桑理工學院采用的電極刺穿了索倫森手臂上的神經(jīng)元，進入了軸突內(nèi)部；而凱斯西儲大學的電極沒有穿透神經(jīng)元，而是圍繞在神經(jīng)元表面。前者可能會產(chǎn)生更精確的信號，讓病人有更復(fù)雜微妙的感覺。

但這么做對電極和神經(jīng)元都有潛在風險。有些科學家擔心這種侵入性電極可能會對神經(jīng)元產(chǎn)生慢性副作用，而且電極的持久性也會變差。不過，兩所機構(gòu)的研究人員有信心克服自己采用方法的弱點。斯派迪克同樣可以產(chǎn)生相當精確的感覺，可以分出砂紙、棉球和毛發(fā)。而洛桑理工學院的研究人員則表示，自己采用的侵入性電極在大鼠中可以持續(xù)9到12個月時間，因此自己對這種技術(shù)的持久性和穩(wěn)定性很有信心。

不過，要把這項研究付諸市場仍然太早。除了耐用性和安全性仍有待考量之外，感覺義肢的便捷性仍然遠遠不夠。索倫森和斯派迪克在安裝義肢期間都呆在實驗室里。他們的手上連著很多電線和一些不小的設(shè)備，和科幻小說里的仿生學肢體看起來大相徑庭。參與研究的洛桑理工學院教授西爾維斯特羅·米切拉（Silvestro Micera）表示，看起來和普通義肢沒區(qū)別的第一代感覺義肢還需要幾年時間才能走出實驗室。

不過，斯派迪克想得很開，“看到他們正在做的事，我很激動，我希望它會幫到其他人。我知道科學要花費很長時間。如果現(xiàn)在我不能利用這一技術(shù)，但下一個人可以的話，那就很好了。”