能治“怪病”的仿生術

方達

“仿生前庭”治眩暈

上下樓梯、快速步行是每一天每一個人都會做的舉動，或許你還會一手拿著一杯提神用的咖啡，一手抓著一份當天的報紙去上班，并在過人行道時躲避著其他行色匆匆的行人向你撞來。當然，這是身體健康、視聽正常的人司空見慣的事。我們眼中的世界方正、平穩，不像有些紀實電影用DV拍攝出來的畫面一般搖搖晃晃令人暈眩。但世界上還存在著另一些人，由于喪失了平衡感，連上述簡單的舉動都無法做到。

人體與生俱來的平衡感不是無端存在的，讓人保持平衡、讓人視線與步伐保持一致，源自人體耳道中的“前庭系統”。前庭可感受到人體頭位、體位的變化，可隨時調整人體的姿勢，達到身體平衡。最能讓一般人了解前庭作用的是，有些人會暈車、暈船，這是因為前庭出現了短暫的功能失衡。而有時候，由于使用抗生素不當、外傷、病毒感染和基因疾病等，前庭系統會出現病變，最后導致失靈。

“如果你失去了雙耳內前庭知覺，踏上地面眼中的世界都是顛簸的。”美國約翰斯霍金斯大學前庭神經工程實驗室的主管查爾斯·德拉·桑提納說，想象一下無時無刻不在暈車的感覺可以知道。患者將無法開車，甚至無法正常行走，而目前的醫療水平對這一癥狀卻束手無策。因此，許多人將這種現象稱之為“怪病”。

“對喪失平衡功能的成年病患，現在能做的只是為他們進行物理治療。”作為醫生的桑提納告訴記者，他們會建議病人在行動時努力盯緊一個固定點以保持平衡，“但前庭系統在極短時間內調整人體平衡的效果，是無法用這樣的方式予以替代的。”

目前，桑提納在尋找治療這種怪病的方法，他看好的是用仿生手法為患者重造一個前庭系統。桑提納說研制中的仿生前庭系統僅是當代科學家致力于開發的仿生人體器官中的一種。當人們因遭受某種病痛或傷害失去部分重要器官，如果科學家能開發出感應器更多，更加靈活、敏感、完善的仿生器官，將最大程度彌補病痛為患者造成的傷害。而終極目標，是讓仿生器官與真實人體器官之間的差異降低到最小。要做到與人體的“無縫對接”，仿生器官研制過程需十分精細。比如仿生前庭，桑提納帶領的研究小組已開發出日后可用于植入人體的仿生前庭雛形。目前，他的仿生前庭裝置已在老鼠活體實驗上取得成功，并正在猴子身上做進一步測試。科研人員同時要將裝置做得更小巧，以減少耗電量。

無獨有偶，華盛頓大學的外科專家與耳鼻喉科教授杰·魯賓斯坦也開發了類似的仿生前庭裝置，已搶先向美國食品與藥品監督局發出要求用于臨床試驗的申請。“如果進展順利，今年秋天這個裝置可在人類志愿者身上產生作用。”

據悉，將仿生前庭推廣到普通患者身上，還需相當長的時間。因為材料、技術的特殊與精細，使仿生器官造價十分高昂，一個仿生前庭的成本目前高達上百萬美元。魯賓斯坦說，目標不僅完善仿生器官的功能，還要降低成本，讓患者都能裝得起。

“親愛的”人工視網膜

日前，在美國明尼蘇達州的一家診療中心，一名68歲失明男子裝上仿生眼后，首次看到與他結婚10年卻從未“親眼見過”的妻子，該男子驚呼：“親愛的，你真美。”

澤拉德原本是一名化學家，由于患上色素性視網膜炎，其視力逐漸衰退，并于20年前失去工作能力。10年后，澤拉德完全失明。不久前，美國梅奧醫學中心為澤拉德定制了一套“仿生學眼鏡”，包含一顆人造眼球和若干芯片，可將光線信號繞過視網膜直接傳送至病人的視覺神經。

據悉，今年1月，一個微小的晶片狀芯片被植入澤拉德的右眼。經過手術和康復后，澤拉德如今已能分辨出人的外形及物件的大致輪廓，無需輔助即可在室內行走。隨著訓練和仿生眼系統升級，5年后他的視力也許能夠更清晰。

有科學家告訴記者，令澤拉德受益的是一種名為“阿爾古斯II”的人工視網膜裝置。這套裝置的核心是由60個微型電極組成的網格，需植入病人視網膜內。病人還要戴一副太陽鏡，里面配有一個視頻攝像頭和一個數字信號處理器。芯片將攝像頭捕捉到的光轉變成腦電活動信號，然后將信號無線傳輸到與電極網格相連的接收器。

“這些電極其實就是微型玻璃針，可模擬視網膜的神經細胞，然后將信號傳輸到負責處理視覺信息的大腦區域，通過這一刺激便可讓人感受到視覺。”參與此項技術的研究者告訴記者，澤拉德是全球第101位安裝“阿爾古斯II”人工視網膜裝置的失明者，也是美國第15位接受此類手術的病人。“目前，做一次‘阿爾古斯II手術要花10萬美元（約合人民幣614000元）費用，但患者視神經必須完好，如果視神經受到破壞或因其他原因失明，便無法使用這種設備。”

而在日本，大阪大學醫學院教授瓶井資弘等人也在進行人造視網膜臨床試驗。

瓶井資弘稱，試驗需要向接近失明者眼內植入電極，接受試驗的第一例患者視力恢復到了能夠辨別物體形狀的程度。他說其研究團隊預定今年6月實施第二例手術。“在確認安全性與治療效果后，計劃2018年得到日本厚生勞動省批準基礎上投入實際臨床應用。到哪里，許多患者都可以清楚地看到‘親愛的。”

被大腦操控的“仿生手”

不久前，英國《每日郵報》報道稱，奧地利科學家成功研發出一種由大腦控制的“仿生手”，為3名奧地利男子重建了手部功能，使用者可以通過“仿生手”進行日常簡單活動，這尚屬全球首次。

據悉，這種新手術方法的開創人是奧斯卡·阿茲曼，他是修復外科手術的世界級專家。而接受手術的3名奧地利男子，均因車禍或登山意外致臂叢神經損傷。

臂叢神經指的是從脊椎到上臂的神經網絡。據阿茲曼教授介紹，臂叢神經損傷其實是一種內部“截肢”，這種損傷通常由高速碰撞創傷引發，雖然手不是真的斷掉，但卻接收不到大腦的信息，導致手臂永久癱瘓。

重建手部功能的手術包括三部分，一是病患必須同意截肢，切掉已失去功能的真手;二是從大腿移植自身肌肉及神經至前臂，來連接內置感應器的“仿生手”;三是“仿生手”與大腦通過電子信號連接，這些信號讓病患得以操控“仿生手”并改善生活品質。

據了解，裝上“仿生手”后，病患還要學習如何操控移植肌肉等。目前看費用還稍稍有些高，整個手術加康復費用需要3萬歐元。雖然“仿生手”的敏感度始終不能與真手相比，但接受手術的三個人現在已能完成拿起雞蛋、用水壺倒水、使用鑰匙、用刀切食物及用兩只手解扣子等日常動作。

30歲的馬里克維奇十多年前因摩托車事故失去右手功能，完全無法移動手臂。他是接受手術的三名病患之一，在向媒體展示他的“仿生手”時，他輕輕一按就把“手掌”整個拆下，宛如科幻電影中的“生化人”走進現實。

阿茲曼博士告訴記者，雖然“仿生手”沒有觸覺，但已大幅改善了使用者的生活質量。

馬里克維奇也表示：“這是一種全新的生活，它現在就是我的一部分，沒有它完全不行。最重要的是我可以陪著3個孩子玩耍，重新拾起了原來的玩樂時光。目前我幾乎能夠做到所有的事，沒什么特別感覺，只是撿皮球時有那么一點困難。”

目前看，這是世界上首次恢復無用四肢功能的外科手術，給患有其他外傷或者有先天缺陷的人帶來了希望。但并非所有人都適合接受這款“仿生手”，阿茲曼博士表示：“有些人可能最終因為缺乏神經線做移植或心理質素欠佳，而不能接受這種手術。”

另有科學家告訴記者，目前的醫學科學不僅能夠制造出仿生手，還可制造出仿生心臟、仿生神經、仿生軀干、仿生膝蓋等。

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能健身心的仿生運動

□康建

“仿生”運動是運動的一種，長期堅持可強身健體。

仿貓拱腰

每天清晨睡醒后趴在床上，撐開雙手，雙腿伸直合攏，撅起臀部，像貓兒拱起脊梁那樣用力拱腰，再放下高翹的臀部，反復十幾次可促進全身血流暢，防治腰酸背痛等疾病。

仿狗行走

像狗走路一樣，將四肢著地，右手和左腳一起，左手和右腳一起伸出去移動身體前行。每天堅持20分鐘，可防止由于長時間站立或行走而引起的腰痛、胃下垂、痔瘡及下肢腫脹等。對防治腰痛尤其有效。

仿蝗蹺腿

將身體俯臥，雙肘彎曲，雙手放在胸部下方床板上。接著上身仰起，雙腳并攏并盡量抬高，緩慢進行3次腹式呼吸，每天可做數次。效仿飛蝗蹺腿尤其適合女性，對減少腹部脂肪很有效。

仿駝瑜伽

是效仿駱駝動作的瑜珈姿勢。首先雙手放在腰間，雙膝跪在地上，然后慢慢把上身向后仰，仰至快要不能支撐時用雙手握住雙腳后踝部，保持后仰姿勢，以腹式呼吸重復3次，此法使大腿和腹部肌肉得到充分運動，預防脂肪沉積，有利減肥。同時，由于腹部繃緊刺激了腸道，對預防便秘效果明顯。

仿貓打盹

貓是有良好習慣的動物，每天總是在相同時間睡覺，而且每次睡的時間都一樣多。貓還常打盹，以彌補正常睡眠不足。有學者研究認為，人和貓有著類似精神狀態，仿貓打盹有助恢復精力，是克服疲乏的好方法。研究發現，人仿貓打盹時大腦和肌肉立即呈松弛狀態，腦頻率從每秒10次降至每秒1次，非常有助于精神和體力恢復。