光學(xué)傳感器能使大腦直接控制義肢
2010-11-15 13:54 中華工控網(wǎng)
導(dǎo)讀:據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》網(wǎng)站10月18日(北京時(shí)間)報(bào)道,美國(guó)科學(xué)家研發(fā)出一種能接收神經(jīng)脈沖等光學(xué)信號(hào)的傳感器,可進(jìn)一步改進(jìn)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(mèng)想朝現(xiàn)實(shí)邁進(jìn)了一大步。
據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》網(wǎng)站10月18日(北京時(shí)間)報(bào)道,美國(guó)科學(xué)家研發(fā)出一種能接收神經(jīng)脈沖等光學(xué)信號(hào)的傳感器,可進(jìn)一步改進(jìn)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(mèng)想朝現(xiàn)實(shí)邁進(jìn)了一大步。未來(lái),通過該傳感器,大腦能夠直接控制義肢的運(yùn)動(dòng),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(huì)被身體排斥。而美國(guó)南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)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(hào)的光學(xué)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(yīng),而且也不會(huì)被腐蝕。
這種傳感器建立在一個(gè)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(nèi)部。光在這些球殼內(nèi)“旅行”的方式被稱為“回音壁模式”,其靈感源于英國(guó)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(yuǎn)。
該傳感器的設(shè)計(jì)理念是,與神經(jīng)脈沖相連的電場(chǎng)會(huì)影響聚合物球殼的形狀,球殼內(nèi)部光線的共振也隨之改變,因此,神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)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(dòng)一根手指等。通過在光纖頂端放置一個(gè)反射器,引導(dǎo)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(hào)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(shí)無(wú)法安裝在人體內(nèi),不過,隨著尺寸不斷縮小,這種傳感器將可以在生物體內(nèi)發(fā)揮作用。該科研項(xiàng)目獲得了美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)560萬(wàn)美元的資助。研究人員計(jì)劃2年內(nèi)將工程樣品在貓或狗身上進(jìn)行試驗(yàn)。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(lái)。例如,要求病人試著舉起他殘缺的手臂,以便將相關(guān)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(fù)運(yùn)動(dòng)能力和知覺。
不過,也有專家認(rèn)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(yīng)依然存疑。
圈點(diǎn)
沒有通用串行總線(USB)接口的電腦簡(jiǎn)直會(huì)讓今天用慣了U盤、MP3或數(shù)碼相機(jī)的人們無(wú)法想像。事實(shí)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(xué)“接口”,而其應(yīng)用范圍日后將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越控制義肢。開發(fā)包括上述設(shè)備在內(nèi)的各種腦神經(jīng)信號(hào)傳感器,一方面能進(jìn)一步揭示人腦的奧秘,另一方面也會(huì)使人腦這部無(wú)與倫比的超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)功能延伸和擴(kuò)展。通過這個(gè)“接口”,人腦在改變外部世界的同時(shí),也將激發(fā)自身的巨大潛能。