應(yīng)用無(wú)窮的生物電

王東梅

一次，一個(gè)遠(yuǎn)洋捕撈作業(yè)船隊(duì)在漁區(qū)趕魚汛，一個(gè)檢修人員潛到水底，突然觸到了什么東西，立即感到四肢麻木、渾身戰(zhàn)栗起來(lái)。他們不知碰到了什么怪事，經(jīng)詢問(wèn)當(dāng)?shù)貪O民，才得知原來(lái)是一種棲居在海底的魚在作怪。這種魚叫電鰩，能夠放電，就是這電擊中了那位檢修人員。

能夠放電的魚，人們把它們統(tǒng)稱為“電魚”。

目前，世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有500多種電魚。電魚用放電來(lái)自衛(wèi)或捕食。非洲的電鯰，可產(chǎn)生350伏的電壓，能擊死小魚，也可將人畜擊昏；北大西洋的巨電鰩，能產(chǎn)生60伏、50安的電脈沖，功率高達(dá)3千瓦，大魚被電到也難逃一死。中南美洲的電鰻，其發(fā)電電壓更可以高達(dá)800多伏，是電魚中電壓最高的。

一條活魚，怎么能夠放電呢？從身體里往外放電，不是把自己也給電著了嗎？

原來(lái)，在電魚的體內(nèi)長(zhǎng)有奇特的發(fā)電器官，各種電魚發(fā)電器官的位置和形狀不盡相同。電鰻的發(fā)電器官分布在尾部脊椎兩側(cè)的肌肉中，呈長(zhǎng)菱形；電鰩的發(fā)電器官則排列在腹面兩側(cè)，形似兩個(gè)扁平的腎臟。電魚的發(fā)電器官，都是由許多叫做“電板”的盤形細(xì)胞組成的。電鰩的發(fā)電器官里面共有200萬(wàn)個(gè)電板，電鯰的電板數(shù)更多，約有500萬(wàn)個(gè)。這些電板都浸潤(rùn)在細(xì)胞外面的膠質(zhì)中，由于膠質(zhì)可以起到絕緣作用，所以電魚的發(fā)電器官發(fā)出的電不會(huì)使自身觸電。電魚的每個(gè)電板，都能產(chǎn)生一定的電壓，例如電鰻的一個(gè)電板的電壓是0.15伏。由于電板數(shù)目很多，所以電魚能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的放電。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，除了電魚能發(fā)出強(qiáng)烈的電流以外，世界上一切動(dòng)物體都能產(chǎn)生微弱的電流。這種由生物體產(chǎn)生的電，就叫做生物電。生物電不是可有可無(wú)的，假如離開(kāi)了它，世界上的一切動(dòng)物也就不會(huì)存在。

去醫(yī)院看病，為了診斷心臟是否有病，常常要做心電圖。心電圖就是在身體表面記錄到的心臟發(fā)出的生物電。我們的大腦也能產(chǎn)生生物電，叫做腦電，輸出的電壓有0.02-0.1毫伏。同樣，腦電可以用固定在頭皮上的電極引出，用專門的儀器（腦電儀）記錄下來(lái)。腦電圖也已經(jīng)成為診斷大腦疾病的常規(guī)方法。

有人會(huì)問(wèn)，為什么根據(jù)心電圖和腦電圖，就能診斷有沒(méi)有疾病呢？

這是因?yàn)榭茖W(xué)家們通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，人和動(dòng)物身體內(nèi)的各個(gè)臟器產(chǎn)生的生物電，不是雜亂無(wú)章、可有可無(wú)的，而是有一定規(guī)律，與生理活動(dòng)有著密切的關(guān)系。例如每個(gè)正常人的心電圖波形是大致相同的，如果波形出現(xiàn)了不正常的情況，也就說(shuō)明心臟某個(gè)對(duì)應(yīng)部位的生理活動(dòng)出現(xiàn)了病態(tài)。除了腦電圖，還有醫(yī)療上常用的視網(wǎng)膜電圖，也是利用了它們的波形與腦和眼生理活動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而被應(yīng)用于診斷疾病的。

通過(guò)研究生物電的活動(dòng)規(guī)律，而了解機(jī)體的生理機(jī)能，這種研究方法已廣泛應(yīng)用在生理學(xué)研究之上，并形成了一門獨(dú)立的科學(xué)分支，叫做“電生理學(xué)”。電生理學(xué)方法，是對(duì)人和動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)、感覺(jué)器官生理機(jī)能進(jìn)行研究的最主要的方法。

動(dòng)物獵取食物、逃避敵害、尋找配偶、適應(yīng)環(huán)境，都離不開(kāi)感覺(jué)器官。因?yàn)橥ㄟ^(guò)感覺(jué)器宮，動(dòng)物體才能獲得有關(guān)外界環(huán)境的各種信息。在眼、耳、鼻、舌、皮膚等執(zhí)行感覺(jué)機(jī)能的過(guò)程中，一個(gè)很重要的步驟，是先要把傳遞信息的光線、聲音、氣味、壓力和冷熱等信號(hào)，轉(zhuǎn)換成神經(jīng)電信號(hào)。這些電信號(hào)在感覺(jué)器官中再經(jīng)過(guò)一定的處理（有一點(diǎn)兒像在電報(bào)局編電碼那樣），而后便經(jīng)神經(jīng)傳向大腦，從而產(chǎn)生感覺(jué)。

讓我們以人和哺乳動(dòng)物的眼睛為例，較為詳細(xì)地談一談生物電在感覺(jué)過(guò)程中所起的作用。外界物體通過(guò)眼球的晶狀體（好像照相機(jī)的鏡頭），在視網(wǎng)膜上形成一個(gè)光的影像。視網(wǎng)膜上的感覺(jué)細(xì)胞受到光的照射之后，就把光的強(qiáng)弱信號(hào)轉(zhuǎn)變成了電信號(hào)，這就是我們通常所說(shuō)的神經(jīng)電。與光的強(qiáng)弱相對(duì)應(yīng)，神經(jīng)電表現(xiàn)為脈沖頻率的高低。這樣，許許多多感覺(jué)細(xì)胞同時(shí)把它所感覺(jué)到的那部分影像上的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成了電信號(hào)。這些電信號(hào)又都通過(guò)視神經(jīng)傳到大腦皮層的視區(qū)（這個(gè)區(qū)域是專門掌管看東西的）。經(jīng)過(guò)分析和結(jié)合，大腦就像翻譯電報(bào)似的把這些電信號(hào)的含義“翻譯”出來(lái)，從而感覺(jué)到了外界物體的存在，就是我們?nèi)粘Ｋf(shuō)“看到了物體”。

正是根據(jù)視覺(jué)過(guò)程產(chǎn)生的這種生物電現(xiàn)象，科學(xué)家們找到了一種使盲人重建視覺(jué)、使他們復(fù)明的有效方法——用人造的裝置產(chǎn)生視覺(jué)的方法?？茖W(xué)家們把這種視覺(jué)叫做“人工視覺(jué)”。目前達(dá)到的水平，是用一架小型電視攝像機(jī)代替失明的眼球，把外界景物成像并轉(zhuǎn)換成一系列電信號(hào)；視網(wǎng)膜對(duì)影像電信號(hào)的處理工作，則由一臺(tái)微型電子計(jì)算機(jī)去完成；從計(jì)算機(jī)出來(lái)的電信號(hào)由一組起視神經(jīng)作用的導(dǎo)線引導(dǎo)到貼在盲人大腦皮層視區(qū)的幾十或幾百個(gè)電極片上。由于電信號(hào)對(duì)大腦的刺激，就使盲人獲得了視覺(jué)。用這種方法獲得的人工視覺(jué)，由于貼在大腦上的電極數(shù)目等一系列限制，盲人感覺(jué)到的圖像還比較粗糙。但是，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練和習(xí)慣過(guò)程，可以達(dá)到為盲人部分地恢復(fù)視覺(jué)的目的。

生理科學(xué)的發(fā)展早已證實(shí)，伴隨著人和動(dòng)物的所有神經(jīng)、肌肉、器官和腺體的活動(dòng)，都有微弱的生物電產(chǎn)生；這些生物電信號(hào)在體內(nèi)的產(chǎn)生和傳播，又是這些臟器完成各自的生理機(jī)能不可缺少的因素。隨著人們對(duì)生物電的產(chǎn)生和傳播規(guī)律認(rèn)識(shí)的加深，不僅使人們加深了對(duì)機(jī)體生理活動(dòng)的認(rèn)識(shí)，也出現(xiàn)了一個(gè)嶄新的科技領(lǐng)域——生物電控制。

我們的一舉一動(dòng)都受著神經(jīng)系統(tǒng)的支配，都是在大腦下達(dá)給肌肉的“指令”控制下進(jìn)行的。這些指令信號(hào)就是一系列生物電信號(hào)，表現(xiàn)為電流或電位的變化，可以在身體表面用特制的電子儀器記錄到。在肌肉表面記錄到的生物電，叫做肌肉電或肌電。肌電實(shí)際上是由大腦的指令電信號(hào)和肌肉活動(dòng)產(chǎn)生的生物電兩部分組成的。既然生物電是一種電信號(hào)，因此它就不僅能夠控制人體肌肉的收縮和松弛，而且也能控制和操縱人造的機(jī)器，這就是生物電控制。

最早應(yīng)用生物電控制技術(shù)的技術(shù)裝置是假肢。比如，有一種肌電控制的假手，轉(zhuǎn)動(dòng)手腕、屈伸手指等動(dòng)作，是由里面的微型電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械部件完成的，而控制和驅(qū)動(dòng)微型電動(dòng)機(jī)的，就是從殘肢皮膚上引出并經(jīng)加工和放大了的肌電信號(hào)。這種假手活動(dòng)自如、隨心所愿，能夠完成正常人手的一些主要?jiǎng)幼鳌?/p>

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，把一個(gè)人的肌電信號(hào)傳送給另一個(gè)人的相應(yīng)的肌肉，可使第二個(gè)人精確地重復(fù)出第一個(gè)人的動(dòng)作。這樣，生物電控制就為訓(xùn)練飛行員提供了一個(gè)很好的辦法，因?yàn)檫@要比用語(yǔ)言和示范動(dòng)作好得多。而且，可以用磁帶把一套動(dòng)作的肌電信號(hào)錄下來(lái)，對(duì)飛行員反復(fù)進(jìn)行訓(xùn)練。

生物電控制技術(shù)在高速飛機(jī)的駕駛和宇宙飛船的控制上，正顯示其重要作用。高速飛機(jī)在突然改變航向或航速時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的超重，航天飛船在一定的飛行階段也會(huì)有更大的超重。在超重的情況下，人的行動(dòng)是極其困難的，一個(gè)簡(jiǎn)單的舉手、抬腳動(dòng)作也必須使很大勁才能完成。這樣，就會(huì)使飛行員或宇航員不能準(zhǔn)確操縱和駕駛。人們制成了好多種飛機(jī)肌電伺服控制系統(tǒng)和宇航船肌電伺服控制器，很好地克服了超重情況下的駕駛問(wèn)題。這些系統(tǒng)都可以把在試圖做操作動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生的肌電信號(hào)，用來(lái)控制飛機(jī)或飛船，或者用肌電信號(hào)驅(qū)動(dòng)一定的機(jī)構(gòu)，給人助上一臂之力，使人順利完成控制動(dòng)作。

基于對(duì)人體運(yùn)動(dòng)肌肉和生物電控制的研究，人們正在研制一種“人形機(jī)”。這是一種直接用人的肌電信號(hào)控制的機(jī)器人，目的是利用它在人難以到達(dá)的地方去工作，例如高輻射、高溫地區(qū)以及深海和宇宙空間或外星球表面等。這種人形機(jī)有四肢，裝有視覺(jué)、觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)傳感器，由人進(jìn)行遙控：人做一定的動(dòng)作，各部位產(chǎn)生的肌電信號(hào)經(jīng)放大和計(jì)算機(jī)處理之后，再變成無(wú)線電遙控信號(hào)，發(fā)送給人形機(jī)的相應(yīng)部位，于是人形機(jī)也就重復(fù)那個(gè)人的動(dòng)作了。

人們已經(jīng)了解到，在不同的麻醉階段，腦電信號(hào)是不一樣的；呼吸狀況的不同，呼吸神經(jīng)的電信號(hào)也不相同。根據(jù)這些生理特點(diǎn)，科學(xué)家們已經(jīng)將生物電控制直接用于維持人的生命或治療疾病。有一種自動(dòng)麻醉機(jī)，是用病人的腦電進(jìn)行控制的，能夠恰到好處地自動(dòng)供給或撤除麻醉藥物。有一種自動(dòng)人工呼吸器，是用呼吸神經(jīng)信號(hào)控制的，這是目前最理想的搶救器械。還有一種心搏同步器，則是從心電中得到控制信號(hào)的。

在人類社會(huì)，開(kāi)動(dòng)各種機(jī)器和裝置的電，作為一種能量，已經(jīng)改變了人類生產(chǎn)和生活的面貌。在動(dòng)物世界，那無(wú)數(shù)活的發(fā)電機(jī)源源發(fā)出的電，則是作為一種威力無(wú)比的控制信息使生命富有活力。我們相信，人類從生命之電得到的啟迪，必將使人類的生產(chǎn)和生活錦上添花!