接收神經(jīng)脈沖信號(hào)傳感器可實(shí)現(xiàn)大腦控制義肢

據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》網(wǎng)站10月18日（北京時(shí)間）報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家研發(fā)出一種能接收神經(jīng)脈沖等光學(xué)信號(hào)的傳感器，可進(jìn)一步改進(jìn)人體神經(jīng)系統(tǒng)與義肢之間的連接，使通過(guò)大腦神經(jīng)直接控制義肢的夢(mèng)想朝現(xiàn)實(shí)邁進(jìn)了一大步。未來(lái)，通過(guò)該傳感器，大腦能夠直接控制義肢的運(yùn)動(dòng)，被植入者也可通過(guò)義肢感受到壓力和熱度。
目前，義肢中的神經(jīng)接口都是電子的，其中的金屬零件可能會(huì)被身體排斥。而美國(guó)南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)的馬克·克里斯滕森和同事正在研發(fā)一些可以捕捉神經(jīng)信號(hào)的光學(xué)傳感器。他們使用的材料——光纖和聚合物與金屬相比，不僅不太可能誘發(fā)身體的免疫反應(yīng)，而且也不會(huì)被腐蝕。
這種傳感器建立在一個(gè)聚合物的球殼上，這些球殼同一束光纖偶聯(lián)在一起，光纖將發(fā)送一束光，經(jīng)過(guò)球殼內(nèi)部。光在這些球殼內(nèi)“旅行”的方式被稱為“回音壁模式”，其靈感源于英國(guó)倫敦圣保羅大教堂的回音壁。在圣保羅大教堂，聲音可以通過(guò)凹形墻壁的不斷反射而持續(xù)傳播，因此傳播得更遠(yuǎn)。
該傳感器的設(shè)計(jì)理念是，與神經(jīng)脈沖相連的電場(chǎng)會(huì)影響聚合物球殼的形狀，球殼內(nèi)部光線的共振也隨之改變，因此，神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)變?yōu)楣庾与娐返囊徊糠?。從理論上講，光線的共振變化能夠向仿生手發(fā)送指令，比如告訴仿生手，大腦想要移動(dòng)一根手指等。通過(guò)在光纖頂端放置一個(gè)反射器，引導(dǎo)一束紅外線照射并刺激神經(jīng)系統(tǒng)，其發(fā)出的神經(jīng)信號(hào)也能夠被帶往其他方向。
研究人員表示，這種傳感器目前還處于原型研制階段，而且尺寸太大，暫時(shí)無(wú)法安裝在人體內(nèi)，不過(guò)，隨著尺寸不斷縮小，這種傳感器將可以在生物體內(nèi)發(fā)揮作用。該科研項(xiàng)目獲得了美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）560萬(wàn)美元的資助。研究人員計(jì)劃2年內(nèi)將工程樣品在貓或狗身上進(jìn)行試驗(yàn)。在此之前，研究人員需要將這種傳感器的大小從幾百微米縮小到50微米。
該傳感器工程樣品在使用前，研究人員還需要將神經(jīng)連接具體地繪制出來(lái)。例如，要求病人試著舉起他殘缺的手臂，以便將相關(guān)的神經(jīng)連接到義肢上。
克里斯滕森表示，總有一天，這些傳感器和光纖可以像“跳線”一樣，形成從大腦直到腿部的神經(jīng)回路，繞開(kāi)受損的身體組織，最終讓脊髓受損患者重新恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力和知覺(jué)。
不過(guò)，也有專家認(rèn)為，這種傳感器所使用的材料雖然都具有很大的生物相容性，但它們是否能夠完全避免人體的排異反應(yīng)依然存疑。
總編輯圈點(diǎn)
沒(méi)有通用串行總線(USB)接口的電腦簡(jiǎn)直會(huì)讓今天用慣了U盤(pán)、MP3或數(shù)碼相機(jī)的人們無(wú)法想像。事實(shí)上，克里斯滕森等人就是在為人體的“中央處理器”研制一種光學(xué)“接口”,而其應(yīng)用范圍日后將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越控制義肢。開(kāi)發(fā)包括上述設(shè)備在內(nèi)的各種腦神經(jīng)信號(hào)傳感器，一方面能進(jìn)一步揭示人腦的奧秘，另一方面也會(huì)使人腦這部無(wú)與倫比的超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)功能延伸和擴(kuò)展。通過(guò)這個(gè)“接口”，人腦在改變外部世界的同時(shí)，也將激發(fā)自身的巨大潛能。