无线脑—体电子元件治疗技术:治愈瘫痪,不仅仅是站立行走

2018-06-11 19:44:01来源: 互联网 关键字:瘫痪  脊髓  神经

还记得上世纪“超人”的扮演者克里斯托弗·里夫吗?银幕里,这位身高1米94、身材魁梧的“超人”有着健康的体魄,乐于助人的精神,总是披荆斩棘,救人于生死之间。然而在现实中,超人的扮演者里夫却因骑马时意外摔断颈椎,导致脊髓严重受损,余生都将与轮椅度过。

但“超人”永远拥有着钢铁般的意志,即使面临如此巨变,里夫也不曾放弃希望,他始终乐观地认为,随着科技发展,“终有方法治愈”。

可惜的是,里夫没能等到彻底治愈瘫痪的方法就不幸去世,但在未来的五到十年间,无数像里夫一样依靠轮椅生活的瘫痪患者,或许能实现这位“超人”未能完成的愿望——治愈瘫痪。

治愈瘫痪,从“说出来”到“站起来”

想要治愈瘫痪,我们首先得了解瘫痪的病因。目前来看,许多瘫痪是由外力损伤脊髓而造成的,脊髓受损,从而打断了大脑向四肢发号施令的通路。

给大家打个比方,脊髓神经就是一座桥,我们的大脑在桥的一边,躯干就是桥的另一边,脊髓受损就是桥断了,而且这个桥还特别精细,难以修复,导致两边联络不上,就出现了瘫痪的症状。

这时候怎么办?当然是重新建一座桥,把两边再次连接起来,也就是绕过损坏的神经,建造一个神经旁路。

综合治愈瘫痪的整个历程,智能相对论将其分为三个阶段,第一个阶段是脑机互动,意识表达,也就是让失去说话能力的瘫痪人士比如渐冻症患者,能够实现用“意念”打字,操作方法主要是通过在大脑中植入电极,捕捉精准的电信号,并让电极与计算机通信,这个阶段自1998年始,医生在一个不能说话的瘫痪者的大脑中安装了一个电极,使其通过计算机实现了与人的交流。

第二个阶段则在第一个阶段基础上完成,即脑机结合,意识操控。也就是让瘫痪人士能够通过自己的意念来操控外接设备,比如机械臂等。

这两个阶段的成功都归功于近年来快速发展的脑机接口技术,人们可以先解码大脑信号,然后通过计算机枢纽,让大脑和外部设备相连,从而实现意识的表达以及意识操控机械。我们在已逝世的伟大科学家霍金所使用的机械设备中也能了解一二。

第三个阶段或许更接近瘫痪患者的想象,那就是用自己的双手重新掌控,用自己的双足重新行走,即无线网络,控制躯干。也就是利用无线发射器将大脑中神经元的信号传递到躯干内的电刺激器中,使躯干能够活动。

而让瘫痪的下肢自己动起来,则是一项关键技术。人们先后在大鼠、猴子身上做过实验,让它们实现了站立和移动,但是,此项技术还未成熟,还无法运用在人类身上。

科幻地消灭瘫痪要分几步

即使我们目前的研究已经到了第三个阶段,但是要更好地帮助瘫痪者康复还是任重而道远。

人们从椅子上起身,走出房间,关上门……这一系列动作,人们大概连想都不会想它们是如何完成的,但对于科学家们来说,这些简单的动作却有着十分繁杂的信息,这里最大的问题就是大脑解码,人们的脑电活动就好比是纷杂的信号海洋,科学家们必须要剔除无数干扰,才能找到控制下肢活动的关键信号。

目前,我们到达的第三阶段,所依赖的电信号仅仅能让躯干伸展和弯曲,还无法完成更精细的动作,比如捻起一根针。而对于下肢,我们更是难以改变它的运动方向,或是越过地上的障碍物。

其次,如果将这种无线控制的技术运用到人类身上,还必须考虑整体的问题,即如何让人适应直立行走时的身体平衡。

最后,瘫痪患者易出现长期不活动所引起的并发症,比如肺炎、骨折、血栓、皮肤破裂、肠道疾病等。最重要的是,长期的瘫痪患者的肌肉萎缩,肌肉弹性远远比不上正常人,如何避免并发症的出现,恢复患者的肌肉弹性也是治愈瘫痪时必须要思考的。

面对这样的情况,人工肌肉或许是一个好办法。目前,很多团队都在研究“人工肌肉”这一项目,这也被业内认定为极具发展潜力。幸运的是,在中国,我们已经有了长足进步。

据南京大学官网消息,该校与斯坦福大学合作,利用配位键设计合成了一种高弹性的自修复材料,可以合成人工肌肉,且具有应变高、柔软性好、质轻、无噪声等特点。

在将来,这个项目估计能为人工智能的仿生化添上一大助力。除此之外,这对于肌肉有缺陷的人们来说也是一个福音。

外部躯干问题有了解决方向,但最大的问题还是大脑信号的传达。我们要如何捕捉到百万单位的神经元活动细节?并且还要在大脑中足够深入,揭示出大脑处理感官输入信号的原理,并借此来打开控制感官输入的大门。

虽然观察大脑信号困难重重,不过最近Rice大学发现了一种更好更直接的方式来观察大脑的信号。目前,研究团队正在开发一种扁平化的显微镜,名字叫做FlatScope。它可以在我们的大脑中监视和触发被修改的神经元,并且在活动之后被激活。但其成效如何,还需观望。

最重要的是,感知拥抱的温度

瘫痪患者由于脊髓高度损伤,无法移动肢体,也无任何直觉,,而不管是假肢还是“人造肌肉”,这些与外界接触的介质都是假的,缺乏真正的感知系统。即使利用了我们人体真正的躯干,但因为它是通过无线脑绕过神经系统的损伤刺激躯干里的体电子元件来实现运动,所以我们仍旧无法感受到身体的反馈。

在实验中,尽管给予肌肉不同类型的刺激确实能给大脑带来不同的感觉,但神经编码与身体感知之间的具体对应关系我们还不清楚。目前唯一可让神经修复学使用的反馈只有视觉,这意味着参与者可以看着大脑控制躯干的操作,并作出矫正,然而,一旦物体被抓住,只有通过躯体传达的感觉信息人们才能巧妙地操纵这个物体。

而且,产生真实体感是十分重要的,比如恋人的牵手,朋友之间的拥抱,恋慕、温情的感觉都依赖于躯干被触碰时感受到的力度和温暖。

面对患者的感知需求,通过确定电极植入的准确方式,使脑中躯体感觉皮质区域受到刺激产生出特定的感觉,编写出电极刺激与身体感觉之间关系的对应词典就显得十分重要了。

近些年来,科学家们也一直在致力于此,加州理工学院(Caltech)的科学家们曾经通过一组微小的电极刺激脑部的某一区域,首次使得瘫痪患者的手臂上引起了自然感觉。这一突破也让我们看到了瘫痪病人自然感知外界的希望。

结论

在全球,有数百万人饱受瘫痪的折磨,这些患者总是拼尽全力才能迈出一小步,在疾病中挣扎着维持他们正在萎缩的躯体,他们无时不刻的想要逃离轮椅伴随的生活。目前,虽然无线脑—体电子元件的治愈技术以及感知技术还未达到成熟,但在各方努力下,相信瘫痪人士们终将重新站立并感知世界的温度。


关键字:瘫痪  脊髓  神经

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/article_201806118779.html
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