無線腦—體電子元件治療技術(shù)：治愈癱瘓，不僅僅是站立行走

還記得上世紀(jì)“超人”的扮演者克里斯托弗·里夫嗎？銀幕里，這位身高1米94、身材魁梧的“超人”有著健康的體魄，樂于助人的精神，總是披荊斬棘，救人于生死之間。然而在現(xiàn)實(shí)中，超人的扮演者里夫卻因騎馬時(shí)意外摔斷頸椎，導(dǎo)致脊髓嚴(yán)重受損，余生都將與輪椅度過。

但“超人”永遠(yuǎn)擁有著鋼鐵般的意志，即使面臨如此巨變，里夫也不曾放棄希望，他始終樂觀地認(rèn)為，隨著科技發(fā)展，“終有方法治愈”。

可惜的是，里夫沒能等到徹底治愈癱瘓的方法就不幸去世，但在未來的五到十年間，無數(shù)像里夫一樣依靠輪椅生活的癱瘓患者，或許能實(shí)現(xiàn)這位“超人”未能完成的愿望——治愈癱瘓。

治愈癱瘓，從“說出來”到“站起來”

想要治愈癱瘓，我們首先得了解癱瘓的病因。目前來看，許多癱瘓是由外力損傷脊髓而造成的，脊髓受損，從而打斷了大腦向四肢發(fā)號(hào)施令的通路。

給大家打個(gè)比方，脊髓神經(jīng)就是一座橋，我們的大腦在橋的一邊，軀干就是橋的另一邊，脊髓受損就是橋斷了，而且這個(gè)橋還特別精細(xì)，難以修復(fù)，導(dǎo)致兩邊聯(lián)絡(luò)不上，就出現(xiàn)了癱瘓的癥狀。

這時(shí)候怎么辦？當(dāng)然是重新建一座橋，把兩邊再次連接起來，也就是繞過損壞的神經(jīng)，建造一個(gè)神經(jīng)旁路。

綜合治愈癱瘓的整個(gè)歷程，智能相對(duì)論將其分為三個(gè)階段，第一個(gè)階段是腦機(jī)互動(dòng)，意識(shí)表達(dá)，也就是讓失去說話能力的癱瘓人士比如漸凍癥患者，能夠?qū)崿F(xiàn)用“意念”打字，操作方法主要是通過在大腦中植入電極，捕捉精準(zhǔn)的電信號(hào)，并讓電極與計(jì)算機(jī)通信，這個(gè)階段自1998年始，醫(yī)生在一個(gè)不能說話的癱瘓者的大腦中安裝了一個(gè)電極，使其通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了與人的交流。

第二個(gè)階段則在第一個(gè)階段基礎(chǔ)上完成，即腦機(jī)結(jié)合，意識(shí)操控。也就是讓癱瘓人士能夠通過自己的意念來操控外接設(shè)備，比如機(jī)械臂等。

這兩個(gè)階段的成功都?xì)w功于近年來快速發(fā)展的腦機(jī)接口技術(shù)，人們可以先解碼大腦信號(hào)，然后通過計(jì)算機(jī)樞紐，讓大腦和外部設(shè)備相連，從而實(shí)現(xiàn)意識(shí)的表達(dá)以及意識(shí)操控機(jī)械。我們?cè)谝咽攀赖膫ゴ罂茖W(xué)家霍金所使用的機(jī)械設(shè)備中也能了解一二。

第三個(gè)階段或許更接近癱瘓患者的想象，那就是用自己的雙手重新掌控，用自己的雙足重新行走，即無線網(wǎng)絡(luò)，控制軀干。也就是利用無線發(fā)射器將大腦中神經(jīng)元的信號(hào)傳遞到軀干內(nèi)的電刺激器中，使軀干能夠活動(dòng)。

而讓癱瘓的下肢自己動(dòng)起來，則是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。人們先后在大鼠、猴子身上做過實(shí)驗(yàn)，讓它們實(shí)現(xiàn)了站立和移動(dòng)，但是，此項(xiàng)技術(shù)還未成熟，還無法運(yùn)用在人類身上。

科幻地消滅癱瘓要分幾步

即使我們目前的研究已經(jīng)到了第三個(gè)階段，但是要更好地幫助癱瘓者康復(fù)還是任重而道遠(yuǎn)。

人們從椅子上起身，走出房間，關(guān)上門……這一系列動(dòng)作，人們大概連想都不會(huì)想它們是如何完成的，但對(duì)于科學(xué)家們來說，這些簡(jiǎn)單的動(dòng)作卻有著十分繁雜的信息，這里最大的問題就是大腦解碼，人們的腦電活動(dòng)就好比是紛雜的信號(hào)海洋，科學(xué)家們必須要剔除無數(shù)干擾，才能找到控制下肢活動(dòng)的關(guān)鍵信號(hào)。

目前，我們到達(dá)的第三階段，所依賴的電信號(hào)僅僅能讓軀干伸展和彎曲，還無法完成更精細(xì)的動(dòng)作，比如捻起一根針。而對(duì)于下肢，我們更是難以改變它的運(yùn)動(dòng)方向，或是越過地上的障礙物。

其次，如果將這種無線控制的技術(shù)運(yùn)用到人類身上，還必須考慮整體的問題，即如何讓人適應(yīng)直立行走時(shí)的身體平衡。

最后，癱瘓患者易出現(xiàn)長(zhǎng)期不活動(dòng)所引起的并發(fā)癥，比如肺炎、骨折、血栓、皮膚破裂、腸道疾病等。最重要的是，長(zhǎng)期的癱瘓患者的肌肉萎縮，肌肉彈性遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上正常人，如何避免并發(fā)癥的出現(xiàn)，恢復(fù)患者的肌肉彈性也是治愈癱瘓時(shí)必須要思考的。

面對(duì)這樣的情況，人工肌肉或許是一個(gè)好辦法。目前，很多團(tuán)隊(duì)都在研究“人工肌肉”這一項(xiàng)目，這也被業(yè)內(nèi)認(rèn)定為極具發(fā)展?jié)摿?。幸運(yùn)的是，在中國，我們已經(jīng)有了長(zhǎng)足進(jìn)步。

據(jù)南京大學(xué)官網(wǎng)消息，該校與斯坦福大學(xué)合作，利用配位鍵設(shè)計(jì)合成了一種高彈性的自修復(fù)材料，可以合成人工肌肉，且具有應(yīng)變高、柔軟性好、質(zhì)輕、無噪聲等特點(diǎn)。

在將來，這個(gè)項(xiàng)目估計(jì)能為人工智能的仿生化添上一大助力。除此之外，這對(duì)于肌肉有缺陷的人們來說也是一個(gè)福音。

外部軀干問題有了解決方向，但最大的問題還是大腦信號(hào)的傳達(dá)。我們要如何捕捉到百萬單位的神經(jīng)元活動(dòng)細(xì)節(jié)？并且還要在大腦中足夠深入，揭示出大腦處理感官輸入信號(hào)的原理，并借此來打開控制感官輸入的大門。

雖然觀察大腦信號(hào)困難重重，不過最近Rice大學(xué)發(fā)現(xiàn)了一種更好更直接的方式來觀察大腦的信號(hào)。目前，研究團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種扁平化的顯微鏡，名字叫做FlatScope。它可以在我們的大腦中監(jiān)視和觸發(fā)被修改的神經(jīng)元，并且在活動(dòng)之后被激活。但其成效如何，還需觀望。

最重要的是，感知擁抱的溫度

癱瘓患者由于脊髓高度損傷，無法移動(dòng)肢體，也無任何直覺，，而不管是假肢還是“人造肌肉”，這些與外界接觸的介質(zhì)都是假的，缺乏真正的感知系統(tǒng)。即使利用了我們?nèi)梭w真正的軀干，但因?yàn)樗峭ㄟ^無線腦繞過神經(jīng)系統(tǒng)的損傷刺激軀干里的體電子元件來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以我們?nèi)耘f無法感受到身體的反饋。

在實(shí)驗(yàn)中，盡管給予肌肉不同類型的刺激確實(shí)能給大腦帶來不同的感覺，但神經(jīng)編碼與身體感知之間的具體對(duì)應(yīng)關(guān)系我們還不清楚。目前唯一可讓神經(jīng)修復(fù)學(xué)使用的反饋只有視覺，這意味著參與者可以看著大腦控制軀干的操作，并作出矯正，然而，一旦物體被抓住，只有通過軀體傳達(dá)的感覺信息人們才能巧妙地操縱這個(gè)物體。

而且，產(chǎn)生真實(shí)體感是十分重要的，比如戀人的牽手，朋友之間的擁抱，戀慕、溫情的感覺都依賴于軀干被觸碰時(shí)感受到的力度和溫暖。

面對(duì)患者的感知需求，通過確定電極植入的準(zhǔn)確方式，使腦中軀體感覺皮質(zhì)區(qū)域受到刺激產(chǎn)生出特定的感覺，編寫出電極刺激與身體感覺之間關(guān)系的對(duì)應(yīng)詞典就顯得十分重要了。

近些年來，科學(xué)家們也一直在致力于此，加州理工學(xué)院（Caltech）的科學(xué)家們?cè)?jīng)通過一組微小的電極刺激腦部的某一區(qū)域，首次使得癱瘓患者的手臂上引起了自然感覺。這一突破也讓我們看到了癱瘓病人自然感知外界的希望。

結(jié)論

在全球，有數(shù)百萬人飽受癱瘓的折磨，這些患者總是拼盡全力才能邁出一小步，在疾病中掙扎著維持他們正在萎縮的軀體，他們無時(shí)不刻的想要逃離輪椅伴隨的生活。目前，雖然無線腦—體電子元件的治愈技術(shù)以及感知技術(shù)還未達(dá)到成熟，但在各方努力下，相信癱瘓人士們終將重新站立并感知世界的溫度。