光學傳感器能使大腦直接控制義肢

     據(jù)英國《新科學家》網(wǎng)站10月18日（北京時間）報道，美國科學家研發(fā)出一種能接收神經(jīng)脈沖等光學信號的傳感器，可進一步改進人體神經(jīng)系統(tǒng)與義肢之間的連接，使通過大腦神經(jīng)直接控制義肢的夢想朝現(xiàn)實邁進了一大步。未來，通過該傳感器，大腦能夠直接控制義肢的運動，被植入者也可通過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被身體排斥。而美國南衛(wèi)理公會大學的馬克?克里斯滕森和同事正在研發(fā)一些可以捕捉神經(jīng)信號的光學傳感器。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，而且也不會被腐蝕。

　　這種傳感器建立在一個聚合物的球殼上，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)過球殼內部。光在這些球殼內“旅行”的方式被稱為“回音壁模式”，其靈感源于英國倫敦圣保羅大教堂的回音壁。在圣保羅大教堂，聲音可以通過凹形墻壁的不斷反射而持續(xù)傳播，因此傳播得更遠。

　　該傳感器的設計理念是，與神經(jīng)脈沖相連的電場會影響聚合物球殼的形狀，球殼內部光線的共振也隨之改變，因此，神經(jīng)系統(tǒng)會變?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，大腦想要移動一根手指等。通過在光纖頂端放置一個反射器，引導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，暫時無法安裝在人體內，不過，隨著尺寸不斷縮小，這種傳感器將可以在生物體內發(fā)揮作用。該科研項目獲得了美國國防部高級研究計劃局（DARPA）560萬美元的資助。研究人員計劃2年內將工程樣品在貓或狗身上進行試驗。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。例如，要求病人試著舉起他殘缺的手臂，以便將相關的神經(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，繞開受損的身體組織，最終讓脊髓受損患者重新恢復運動能力和知覺。

　　不過，也有專家認為，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依然存疑。

　　圈點

　　沒有通用串行總線(USB)接口的電腦簡直會讓今天用慣了U盤、MP3或數(shù)碼相機的人們無法想像。事實上，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“接口”,而其應用范圍日后將遠遠超越控制義肢。開發(fā)包括上述設備在內的各種腦神經(jīng)信號傳感器，一方面能進一步揭示人腦的奧秘，另一方面也會使人腦這部無與倫比的超級計算機實現(xiàn)功能延伸和擴展。通過這個“接口”，人腦在改變外部世界的同時，也將激發(fā)自身的巨大潛能。