意念移物夢成真

意念也能移物

我們的計算機從一個房間那么大，變到臺式機那么小，再變成你口袋里的小平板。下一步，理所當然，就是連接到人體。與《終結者》中由活組織包覆機械骨骼的仿生人不同，這種裝置并不迫使血肉與機座融合，而是自動適應人體。

15年來，用大腦控制假肢已經取得突破性進展。研究人員證明，老鼠可以讓機械手推動杠桿，猴子可以玩電視游戲，而四肢癱瘓的患者則可從瓶中吸取咖啡。所有這些動作，全都只須通過在心里思考該做什么動作即可完成。

假肢研制方面所取得的進步也同樣驚人，目前假肢裝置已能使單根手指運動，并有二十幾處關節能夠彎曲。但是，目前的假肢技術依然缺失一項至關重要的功能。就是可以憑眼睛判斷機械手的位置，但不能感覺到機械手在做什么動作。比如喝水這個動作，假肢患者無法感覺到機械手的爪子是否觸到了瓶子，更不可能感知瓶子是否會從機械手的握持中滑出來。沒有這種感覺反饋，即使是最簡單的動作也可能會做得很慢，而且笨手笨腳。所以讓假肢患者獲得觸覺將是再好不過的事情，因為它使他們距離重新有手又近了一步。

觸覺是一種非常復雜的信息組合——從撫摸羊毛制品時那種柔和的感覺，到握住濕滑飲料罐時的那種滑膩感，都是觸覺的一種。這方面的研究目前仍處于起步階段，而研究人員所采用的策略也多種多樣：有的人打算激活殘肢中的神經，重新引導到身體的其他部位上；有的人則干脆直接利用大腦發送與反饋感覺信號。目前，假肢技術的研究人員正努力使假肢具有接近真實器官的感覺功能，從而讓假肢患者的愿望得以實現。這項任務的難度令人望而生畏。研究人員已經設法解讀了大腦發出的信號，眼下他們必須把信號輸入神經系統。

讓假肢有感覺

傳統的假肢并不是沒有反饋機制。例如，目前廣泛使用讓患者可以通過移動身體的另一部位（例如對側的肩部）來開合假手，這樣，患者在抓住東西時就會感受到挽具中的阻力。類似安裝了電動假肢的人（這種假肢由殘肢中肌肉發出的電信號控制）在推東西時，殘肢會感覺到壓力，而在抓住東西時則可能會聽到電機聲音出現細微的變化。研究人員甚至曾嘗試通過振動、空氣壓力以及電剌激來有意地產生此類反饋。

不過這些感覺全都顯得很不自然，這或許是許多人棄用假肢原因之一。假肢看起來怎么都不像身體的一部分。重建“真實”的感覺絕非易事。感覺既來自皮膚中的眾多感受器（它們負責探測質地、振動、痛覺、溫度及形狀），也來自肌肉、關節以及肌腱中的那些形成“本體感覺”（對于肢體在空間中位置的感覺）的感受器。假肢中安裝的傳感器能夠收集許多這類感覺，而問題在于如何讓它們產生的信號流向大腦中的恰當部位。

對于做了截肢手術的人來說，為實現這一目的，直觀的辦法是讓信號進入肢體殘端中的殘留神經。有些研究人員，如猶他大學的神經假肢技術專家肯霍希，用的正是這一招：他們把電極穿進殘肢中的神經，然后用微弱電流刺激神經，以使患者產生手指在動或者在被觸摸的感覺。這種方法甚至能讓患者分辨出物體的一些基本特征。一位失去了雙下臂的人通過一只安裝了傳感器的假手，能夠區分出木塊和泡沫橡膠塊。他識別出這些東西的大小及其軟硬的正確率，是隨機亂猜的2倍以上。有關力度和手指位置的信息，會從假手傳送到一臺電腦上，繼而刺激植入他上臂神經中的電極。佛羅里達國際大學的研究人員目前正忙于打造一種使用此技術的可植入裝置。

但有的研究人員擔心，將電極直接植入神經可能會對神經造成損傷。因而，凱斯西儲大學的生物醫學工程師們開發出了一種狀似護腕的電極把神經包圍起來。科學家希望能接觸到盡可能多的神經而又不用真的穿剌到神經里面。他們證明，給貓安上這種護腕式電極并通電，可以精準地激活神經，使貓的腳向特定的方向移動。現在，他們在嘗試剌激那些傳送感覺信息的神經。他們的第一位患者已經于2012年5月在前臂中植入了護腕式電極，現在被移植者的多個部位都有“非常自然的感覺”。該團隊目前正在對第二位患者身上的電極進行測試。

直接激活神經元

這類結果看來大有希望，不過研究人員或許需要刺激數百乃至數千的神經纖維才能產生復雜的感覺，而且，如果他們想盡量減少更換電極所需的手術次數，就必須讓這些電極能夠正常工作多年。因此，有的研究人員另辟蹊徑，嘗試通過觸摸患者的皮膚來給予他們感覺反饋的功能。

此技術是在2002年偶然發現的。當時，芝加哥康復研究所仿生醫學研究中心主任托德領導的一個團隊正在測試一種新方法，以改進患者對假肢的控制能力。他們的構想是，把患者殘臂上原本用來控制手部的神經，重新連接到身體其他部位的肌肉中。當患者想合攏自己的手時，那塊接上神經的肌肉就會收縮，產生一個電信號，使假肢動起來。

第一位接受這種“定向神經移植術”的患者是輸電線工程師杰西。他因高壓電灼傷而失去了雙臂。當他的臂部神經改道至胸部肌肉后，他就可以通過心里想象某個動作來操控假手。但出乎所有人意料的是，當胸部被觸摸時，他也開始出現了那只失去的手被觸摸的感覺。原來，改道的神經已經長進了胸部皮膚里，因此大腦就把它的感覺信號判讀為來自患者的手。他胸部上的某些部位有手掌的感覺，而其他一些部位則有類似手指或前臂的感覺。

此類結果讓我們看到了這樣一種可能性：來自假肢的感覺信息可以傳遞給一個裝置，然后由裝置來刺激皮膚的不同部位。那些已經做了定向神經移植手術的人，在新接上神經的皮膚上施加壓力會引發觸覺，就像失去的手又有了感覺。這種方法并非完美無缺，因為手的各個部位并不能非常明確地對應到移植了神經的皮膚上，而且不同患者的對應情況也有不同。此外，將假肢發出的詳盡感覺信息傳遞出去也頗有挑戰性，因為刺激區僅限于很小的一塊皮膚。

不過，對于發生過中風或者是遭受過脊髓損傷以致四肢到大腦的神經通道被切斷的人，上面的方法沒有一個管用。因此，一些研究人員干脆就直接在大腦上下工夫。原則上這應該是很簡單的，信號是從人體的特定部位傳到大腦的相應部位，因此科學家只要激活接收觸覺信號或本體感覺信號的神經元，就應該能讓患者產生這些感覺。

然而要做到這一點極其困難，因為科學家們對負責接收信號的究竟是哪些神經元還沒有完全了解。這樣，研究人員就面臨兩種方案可供選擇：要么鑒別并模仿已有的天然信號，要么就讓大腦學習一套新的信號。芝加哥大學神經科學家采用了第一個方案。在一項研究中該團隊成員反復地戳猴子手上的兩個地方，訓練猴子：依據戳的第二下的部位是在第一下的左邊或右邊，來決定眼珠向左轉還是向右轉。然后，研究人員將電極插入猴子腦中，觀察當他們戳在猴子手上的不同地方時，大腦有哪些部位起反應。研究人員弄清楚了當他們戳猴子的小指時，會激活的那些神經元后，他們在接下來的實驗中，便向這些神經元發送電流，以模擬戳的動作。受到電流剌激時，猴子便開始轉動眼睛，好像它們的手指真的被戳了一樣。

杜克大學醫學院的神經科學家則對第二種方案情有獨鐘。他們訓練猴子僅靠思維，來操縱一只虛擬手在電腦屏幕上移動，并觸碰屏幕上的東西。當虛擬手接觸到一個“粗糙”的東西時，他們就向猴子的大腦發送低頻電脈沖，而如果是碰上“光滑”的東西，則發送一個高頻脈沖。久而久之，猴子逐漸學會了根據大腦所接收到的信號頻率來選擇東西，并且基本上能夠“感覺”到屏幕上的東西。研究人員希望，未來能把這一方法用到裝了假肢的人身上。