究竟有多少器官可以人造?多少肢體可以像零件一樣更換?英國《每日電訊》報(bào)日前載文,揭示了科學(xué)家們從頭到腳地打造真實(shí)“仿生人”的秘密。
大腦
迄今為止的研究結(jié)果顯示,大腦是最重要和最復(fù)雜的人體器官,它控制著呼吸等人體各種活動(dòng),使人們能夠感知世界,儲(chǔ)存記憶,并形成獨(dú)特的個(gè)性。意外事故或中風(fēng)之類的疾病會(huì)導(dǎo)致大腦災(zāi)難性損傷,比如癱瘓和失憶等。但一些科學(xué)家認(rèn)為,可以找到一種修復(fù)大腦損傷的方法——使用“義腦”(假體大腦)。
美國南加州大學(xué)的西奧多·伯杰博士一直在研究能植入大腦以恢復(fù)記憶功能的一種裝置,該裝置將模擬大腦海馬區(qū)域發(fā)生的復(fù)雜神經(jīng)活動(dòng),而這些神經(jīng)活動(dòng)正是新記憶形成的“功臣”。該裝置包括一個(gè)可以解碼記憶,并將記憶儲(chǔ)存于大腦其他區(qū)域的微型智能芯片。目前該芯片已完成實(shí)驗(yàn)鼠大腦組織測(cè)試,研究人員正計(jì)劃展開動(dòng)物***實(shí)驗(yàn)。他們希望找到一種全新的途徑,以幫助中風(fēng)、車禍或老年癡呆癥導(dǎo)致海馬區(qū)域受損,進(jìn)而出現(xiàn)記憶問題的患者恢復(fù)記憶功能。
眼睛
黃斑變性和視網(wǎng)膜色素變性是兩種最常見的致盲眼病,僅在英國就有病例約100萬。本月初,德國醫(yī)生利用高科技手段讓3名失明患者重見光明——患者眼球后被植入了一種類似數(shù)碼相機(jī)中使用的帶有多個(gè)電子傳感器的芯片,當(dāng)光線照射到傳感器時(shí),傳感器產(chǎn)生的電脈沖就會(huì)進(jìn)入眼球后部的視覺神經(jīng)和大腦中。據(jù)報(bào)道,這些患者視力恢復(fù)程度足以區(qū)分水果和刀叉餐具等物體,甚至可以閱讀出自己的名字。
?。矗稓q的芬蘭財(cái)務(wù)顧問米卡·泰爾霍就是首批在臨床實(shí)驗(yàn)中,接受移植手術(shù)的患者之一。移植手術(shù)給他的生活帶來了翻天覆地的變化,他已經(jīng)走出了完全失明的黑暗世界,能識(shí)別出物體的模糊黑白輪廓,并能讀出時(shí)間。
“剛植入芯片后,我看到一些模糊的東西,我的視力仿佛是長期沒有活動(dòng)的肌肉一般,需要訓(xùn)練才得以恢復(fù)。我慢慢習(xí)慣辨認(rèn)物體,后來看到人影,并可以識(shí)別出個(gè)頭高矮。雖然暫時(shí)看不清人臉,但這樣已經(jīng)使我更能自理,過上正常人的生活了。”泰爾霍說。
新研究負(fù)責(zé)人、德國圖賓根大學(xué)教授埃伯哈特·茨倫納已經(jīng)通過更換電源的方法改善患者觀看物體的細(xì)節(jié)情況。目前芯片充電仍需通過一根穿過皮膚的電磁導(dǎo)線輸入外部電源。茨倫納希望植入芯片能具有智能化圖像處理能力,以提高圖像對(duì)比度和粒度。
目前一項(xiàng)更大規(guī)模的臨床實(shí)驗(yàn)正在策劃之中。雖然大部分研究的目標(biāo)都是幫助失明患者,但并不意味著這種技術(shù)是座“獨(dú)木橋”,一些科學(xué)家也希望借此改善健康人群的視力,甚至用帶有顯微電路的人工透鏡生產(chǎn)可佩戴顯示裝置,向佩戴者衍射地圖、電腦顯示等內(nèi)容。
耳朵
仿生耳的出現(xiàn)迄今已有40多年,成千上萬的患者已經(jīng)大受其益。人工耳蝸將聲音轉(zhuǎn)化成電脈沖信號(hào)并傳向大腦,從而讓佩戴者可以“聽見”聲音。遺憾的是,人工耳蝸無法調(diào)整到某一種具體的聲音,因此在嘈雜環(huán)境中,患者會(huì)覺得聽人說話很費(fèi)勁,聽音樂時(shí)也難以享受旋律的美妙。然而,澳大利亞拉籌伯大學(xué)科學(xué)家通過對(duì)耳朵向大腦傳輸信息方式的研究,已經(jīng)研制出一種更接近于人耳的新型裝置。
心臟
人工心臟其實(shí)就是一個(gè)微型血泵,植入患者體內(nèi)后,可發(fā)揮“臨時(shí)心臟”的作用,使患者身體各部的器官在等待心臟移植手術(shù)期間,不至于缺少血液流動(dòng)而受損。不過就在上個(gè)月,意大利醫(yī)生首次給一名15歲男孩植入了一顆永久性人工心臟。人工心臟開發(fā)商法國Carmat公司,已經(jīng)研發(fā)出一個(gè)能完全取代心臟的人工心臟雛形。其工作原理與自然心臟相同:利用液壓泵將血液推動(dòng)至全身。血液先被吸進(jìn)心腔內(nèi),再被擠壓到動(dòng)脈血管,流向全身。
手臂
今年7月,13歲的倫敦男孩帕特里克·凱恩安裝了一只由英國科技公司“觸摸仿生公司”生產(chǎn)的假體上肢,i-Limb脈沖手。對(duì)于在9個(gè)月大時(shí)就因腦膜炎而失去左手的帕特里克來說,這種***性的脈沖手意味著他甚至可以用新手指夾起葡萄。他說:“這只手與眾不同,它可以幫助做一些很精細(xì)的事情?,F(xiàn)在我可以用雙手打開瓶蓋、握住叉子,甚至還可以系鞋帶。”
帕特里克的假體上肢的工作原理是:通過兩個(gè)電極與上臂皮膚相連,當(dāng)他繃緊一塊肌肉,電極下的神經(jīng)所產(chǎn)生的微小電脈沖就會(huì)使手部握緊;繃緊另一塊肌肉時(shí),則使手掌打開。
研究人員目前正在研究使患者擁有更大控制權(quán)的假肢。只要能深入了解人體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制四肢運(yùn)動(dòng)的原理,研究人員就可以設(shè)法讓機(jī)械手臂像真人手臂那樣控制自如。當(dāng)人們想移動(dòng)手臂時(shí),其大腦會(huì)產(chǎn)生微弱的信號(hào),通過電極捕捉到這些信號(hào)后,機(jī)械手臂就可以模擬相應(yīng)的動(dòng)作。
肌肉
為了給遭遇嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)傷或在事故中失去肌肉的患者提供更好的治療,一些研究人員試圖替換單獨(dú)的肌肉組織,而非整只胳膊或整條腿。他們正利用可對(duì)電流作出舒張和收縮反應(yīng)的高分子凝膠,研制人造肌肉。這些肌肉可以替換心臟瓣膜和括約肌,最終還將替換更大的肌肉組織。
美國航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家,目前正致力于開發(fā)一種由人工肌肉提供力量的人工手臂,這種仿生人工肌肉由新型智能材料電活性聚合物制造而成,其力量之大,完全有把握贏得扳手腕比賽。美國德克薩斯大學(xué)科學(xué)家已研制出力量超過人體肌肉100倍的人工肌肉,其內(nèi)部使用的是一種“加熱時(shí)彎曲,冷卻時(shí)恢復(fù)原狀”的彈性金屬絲。
英國圣安德魯斯大學(xué)的理查德·貝克博士也在從事高分子凝膠研究,他希望將來研制成功的新材料,能對(duì)人體內(nèi)發(fā)出的某種化學(xué)信號(hào)作出舒張和收縮反應(yīng)。
肌腱
英國曼徹斯特大學(xué)的研究人員正在研制人造肌腱,以幫助肌腱受損嚴(yán)重的患者。該人造肌腱使用的精細(xì)紡織塑料纖維,作用與人體自然肌腱組織十分相像,可以植入患者體內(nèi),恢復(fù)患者運(yùn)動(dòng)能力。
曼徹斯特大學(xué)材科學(xué)院的桑德拉·道尼斯教授表示,這種人造肌腱會(huì)促進(jìn)身體自愈,并逐漸在人體內(nèi)分解。該研究小組計(jì)劃展開前期臨床實(shí)驗(yàn),希望人造肌腱能在5年內(nèi)上市。
觸覺
即使借助最先進(jìn)的假肢,安裝了機(jī)械手臂的患者仍然無法感覺到自己接觸的物體。這一點(diǎn)之所以令患者苦不堪言,是因?yàn)橛|覺是人類享受接觸**和掌握物體力度的重要感官,它甚至幫助我們對(duì)所見之人形成一定印象,比如通過握手來判斷對(duì)方的性格。
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