| 主页 | 频道首页 | 本站地图 | 论坛留言 | 合作联系 | 本站消息 | |
科技动态 技术发展 文化研究 生物生态 人的研究 生命起源 基因工程 科学普及 科学探索 专题其他

人造神经

2009-11-18
人造神经
人造神经
文/李小引

据 《泰晤士报》报道,美国密歇根大学整形手术专家保罗·赛德纳日前制造出了“人造神经”,可以让老鼠坏死的肌肉重新恢复活力。这项实验从理论上证明,有朝一日能使截肢者的假肢感觉到冷热和触觉,让“人造神经”与大脑实现高效的双向交流。

  1818 年,英国诗人雪莱的妻子玛丽·雪莱创作了《Frankenstein》(译作“科学怪人”或“弗兰肯斯坦”),被认为是世界第一部真正意义上的科幻小说。主人公弗兰肯斯坦是一位从事人类生命科学研究的学者,他力图用人工创造出生命。他疯狂地用许多碎尸块拼接成一个“人”,并用电将其激活。
  从制作原理上来说,用电激活就相当于是启动体内神经系统的电子信号传输。从这点上来说,“人造神经”与科学怪人有着异曲同工之妙。
  人体对外界的反应依赖于体内神经系统的电子信号传输,而失去手臂或腿的人就相当于一个不完整的电路,没有办法通电。而“人造神经”就是为了充当电线的作用,与患者真正的神经连在一起,延伸至假肢的末端,可以把假肢触碰到的东西通过神经系统传输到大脑,从而感知到冷热和触觉。
  “人造神经”的研究者保罗·赛德纳教授有一个活跃的研究室,重点研究神经生物学、神经免疫疾病和周围神经损伤后的修复。目前他把重心完全放在周围神经损伤后的修复上,并从美国国防部得到了大量资金。

假肢的新生

  “人造神经可以让那些失去双手的人再次握住孩子的手,并能感觉到温暖。” 保罗·赛德纳教授在西雅图举行的美国整形外科医师的年会上公布他的研究成果时说,“而事实上,我们每天做的每一件事情都可能要依赖触感,从捏一张纸到挂上电话。”
  这论断多少给人造神经蒙上了一层温馨的面纱,的确也有假肢患者的家属在看到这条消息时有了期待。但在实验室中,这是一项严肃并且复杂的神经修复实验。
  首先,该技术采用了以Pedot 为材料的薄薄的塑料细丝。据赛德纳介绍,Pedot 的使用令假肢和大脑之间的双向交流变成可能,因为这种材料的反应速度是正常神经细胞的两倍,传输神经系统电子信号的效率是当前使用的金属材料的10 倍。此外,研究表明,Pedot 还能刺激新的神经细胞的生长。赛德纳说:“这让假肢同真肢的感觉一样。这样,就不需要大脑的重新认识过程,因为‘人造神经’已经携带了所有信号。”

  赛德纳带领他的团队在老鼠身上进行了实验。在第一个实验中,他们将Pedot 嫁接在老鼠受伤的腿上。随后,新的神经纤维生长出来,并且“接管”了遭受破坏的神经纤维,让已经坏死的肌肉重新恢复了活力。在第二个实验中,研究人员制造了一个“杯子”,其中包含了细胞、肌肉、Pedot 以及老鼠的神经,再将这个“杯子”嫁接在老鼠受伤的腿上。114 天后,新血管和肌肉开始生成,神经纤维重新生长,并且,老鼠的感觉又开始恢复。

  然而人类假肢的使用更为复杂,为了可以分辨触觉、冷热和其他感觉,传递电子信号的Pedot 塑料细丝必须安装数十万个纳米感应器。而这纳米感应器尚在开发中。

“人造神经”的和谐共生

  在“人造神经”之前,由TouchBionics 公司开发的i-LIMB 仿生手,是在全球上市的首款多关节仿生手,五个手指皆可单独供电,在外观及功能方面都与真人手相似,能够进行各种抓握动作,灵活度高,具备先进的精细动作执行功能。借助这些与往假肢所不具有的功能,残疾人士可以轻松完成从前无法做到的事,包括操控电脑键盘、抓住盘子,以及拧动钥匙。
  23 岁的约翰·布特沃斯就会在生活中使用i-LIMB。他以前曾是英国皇家空军机械师,2007 年他在伊拉克的巴士拉空军基地遭遇火箭弹袭击,失去了左手。目前,他正在积极接受训练,希望在参加残奥会的英国自行车队中获得一席之地。他说:“有了i-LIMB,患者同样感觉很方便。但是,用它举起咖啡杯,我不会感到很舒服。你无法感觉到压力,必须始终盯着这只手,保证其正确抓握。如能用它去感觉各种事物,一定令人很惬意。”

  “人造神经”与仿生手的最大区别大概就是,人造神经是要让假肢真正感觉到成为了身体的一部分,与人体内的神经系统达到和谐共生的状态,而不是在手臂上套了一个塑料壳。

  然而麻省理工学院的艾米丽·辛格(Emily Singer)认为,建立假肢神经接口的努力会因为伤痕组织的增长而受到阻碍,限制了植入式设备的效用和耐久性。就像隆鼻一样,把不属于身体的物质放进体内,即使物质再相似,也要承担随时都有可能崩坏的风险。

  英国皇家整形外科医院的医生迈克尔·福克斯还认为制造“有感觉”的假手存在着巨大的技术障碍,“在将感觉从肢体传回到大脑的问题上,你必须慎之又慎。一旦收到错误信号,大脑将面临很大的风险。”就好像你利用网络搜寻信息,结果不小心受到病毒攻击陷入死机的状态。电脑死机了还可以重启,大脑瘫痪可不是开玩笑的。
  另外,天生没有左手的英国著名残奥会冠军莎拉·斯托里(Storey)说 :“如果这项技术能在像我一样的人身上大展身手,那种感觉一定非常好。但是,我始终想搞清楚一个问题,那就是如果有人给我一只手,我是否懂得如何使用。”也许他们会被突如其来的压力与温度搞到神经紧张吧。
《外滩画报》2009-11-12 总第 361 期
五个有趣的心理规律
美智囊团发布报告称家庭和孩子阻碍女科学家前行
童年时期的动物
女性比男性更会“观色”重要因素:先天差异
人类理性对秩序的探究
人体器官寿命全解密:心脏20年更新一次
人类学家研究称人类体质变差
友谊新解:人类的交友定律
人与动物的智力鸿沟
“长寿之乡”基因外另有“长寿秘诀”
美研究发现被遗忘记忆可能仍留在脑中
中英科学家首次直接测量人类进化的步伐速率
互联网如何影响你的大脑
研究称竞争促使古人类脑容量增大
人过目不忘的秘密
科学家找到大脑智力中心
人类进化,人类起源,人类基因研究,人的研究报告 人的研究报告1 人的研究报告2

本栏目主要介绍人类的故事,包括人类的进化、人类的起源、人类学、人类研究、人类基因发现、人造神经等。特别关注有关人与文化方面的研究。

『科学频道首页』 『本栏页首』 『关闭窗口』