光學傳感器可使大腦直接控制義肢

日期：2010-10-20 16:50:52

據英國《新科學家》網站報道，美國科學家研發出一種能接收神經脈沖等光學信號的傳感器，可進一步改進人體神經系統與義肢之間的連接，使通過大腦神經直接控制義肢的夢想朝現實邁進了一大步。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。而美國南衛理公會大學的馬克·克里斯滕森和同事正在研發一些可以捕捉神經信號的光學傳感器。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在一起，光纖將發送一束光，經過球殼內部。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傳播，因此傳播得更遠。

　　該傳感器的設計理念是，與神經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，神經系統會變為光子電路的一部分。從理論上講，光線的共振變化能夠向仿生手發送指令，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系統，其發出的神經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。

　　總編輯圈點

　　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。開發包括上述設備在內的各種腦神經信號傳感器，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，也將激發自身的巨大潛能。