能治“怪病”的仿生術(shù)

方達(dá)

“仿生前庭”治眩暈

上下樓梯、快速步行是每一天每一個(gè)人都會(huì)做的舉動(dòng)，或許你還會(huì)一手拿著一杯提神用的咖啡，一手抓著一份當(dāng)天的報(bào)紙去上班，并在過(guò)人行道時(shí)躲避著其他行色匆匆的行人向你撞來(lái)。當(dāng)然，這是身體健康、視聽(tīng)正常的人司空見(jiàn)慣的事。我們眼中的世界方正、平穩(wěn)，不像有些紀(jì)實(shí)電影用DV拍攝出來(lái)的畫面一般搖搖晃晃令人暈眩。但世界上還存在著另一些人，由于喪失了平衡感，連上述簡(jiǎn)單的舉動(dòng)都無(wú)法做到。

人體與生俱來(lái)的平衡感不是無(wú)端存在的，讓人保持平衡、讓人視線與步伐保持一致，源自人體耳道中的“前庭系統(tǒng)”。前庭可感受到人體頭位、體位的變化，可隨時(shí)調(diào)整人體的姿勢(shì)，達(dá)到身體平衡。最能讓一般人了解前庭作用的是，有些人會(huì)暈車、暈船，這是因?yàn)榍巴コ霈F(xiàn)了短暫的功能失衡。而有時(shí)候，由于使用抗生素不當(dāng)、外傷、病毒感染和基因疾病等，前庭系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)病變，最后導(dǎo)致失靈。

“如果你失去了雙耳內(nèi)前庭知覺(jué)，踏上地面眼中的世界都是顛簸的。”美國(guó)約翰斯霍金斯大學(xué)前庭神經(jīng)工程實(shí)驗(yàn)室的主管查爾斯·德拉·桑提納說(shuō)，想象一下無(wú)時(shí)無(wú)刻不在暈車的感覺(jué)可以知道?；颊邔o(wú)法開(kāi)車，甚至無(wú)法正常行走，而目前的醫(yī)療水平對(duì)這一癥狀卻束手無(wú)策。因此，許多人將這種現(xiàn)象稱之為“怪病”。

“對(duì)喪失平衡功能的成年病患，現(xiàn)在能做的只是為他們進(jìn)行物理治療?！弊鳛獒t(yī)生的桑提納告訴記者，他們會(huì)建議病人在行動(dòng)時(shí)努力盯緊一個(gè)固定點(diǎn)以保持平衡，“但前庭系統(tǒng)在極短時(shí)間內(nèi)調(diào)整人體平衡的效果，是無(wú)法用這樣的方式予以替代的。”

目前，桑提納在尋找治療這種怪病的方法，他看好的是用仿生手法為患者重造一個(gè)前庭系統(tǒng)。桑提納說(shuō)研制中的仿生前庭系統(tǒng)僅是當(dāng)代科學(xué)家致力于開(kāi)發(fā)的仿生人體器官中的一種。當(dāng)人們因遭受某種病痛或傷害失去部分重要器官，如果科學(xué)家能開(kāi)發(fā)出感應(yīng)器更多，更加靈活、敏感、完善的仿生器官，將最大程度彌補(bǔ)病痛為患者造成的傷害。而終極目標(biāo)，是讓仿生器官與真實(shí)人體器官之間的差異降低到最小。要做到與人體的“無(wú)縫對(duì)接”，仿生器官研制過(guò)程需十分精細(xì)。比如仿生前庭，桑提納帶領(lǐng)的研究小組已開(kāi)發(fā)出日后可用于植入人體的仿生前庭雛形。目前，他的仿生前庭裝置已在老鼠活體實(shí)驗(yàn)上取得成功，并正在猴子身上做進(jìn)一步測(cè)試。科研人員同時(shí)要將裝置做得更小巧，以減少耗電量。

無(wú)獨(dú)有偶，華盛頓大學(xué)的外科專家與耳鼻喉科教授杰·魯賓斯坦也開(kāi)發(fā)了類似的仿生前庭裝置，已搶先向美國(guó)食品與藥品監(jiān)督局發(fā)出要求用于臨床試驗(yàn)的申請(qǐng)?！叭绻M(jìn)展順利，今年秋天這個(gè)裝置可在人類志愿者身上產(chǎn)生作用?！?/p>

據(jù)悉，將仿生前庭推廣到普通患者身上，還需相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。因?yàn)椴牧稀⒓夹g(shù)的特殊與精細(xì)，使仿生器官造價(jià)十分高昂，一個(gè)仿生前庭的成本目前高達(dá)上百萬(wàn)美元。魯賓斯坦說(shuō)，目標(biāo)不僅完善仿生器官的功能，還要降低成本，讓患者都能裝得起。

“親愛(ài)的”人工視網(wǎng)膜

日前，在美國(guó)明尼蘇達(dá)州的一家診療中心，一名68歲失明男子裝上仿生眼后，首次看到與他結(jié)婚10年卻從未“親眼見(jiàn)過(guò)”的妻子，該男子驚呼：“親愛(ài)的，你真美?！?/p>

澤拉德原本是一名化學(xué)家，由于患上色素性視網(wǎng)膜炎，其視力逐漸衰退，并于20年前失去工作能力。10年后，澤拉德完全失明。不久前，美國(guó)梅奧醫(yī)學(xué)中心為澤拉德定制了一套“仿生學(xué)眼鏡”，包含一顆人造眼球和若干芯片，可將光線信號(hào)繞過(guò)視網(wǎng)膜直接傳送至病人的視覺(jué)神經(jīng)。

據(jù)悉，今年1月，一個(gè)微小的晶片狀芯片被植入澤拉德的右眼。經(jīng)過(guò)手術(shù)和康復(fù)后，澤拉德如今已能分辨出人的外形及物件的大致輪廓，無(wú)需輔助即可在室內(nèi)行走。隨著訓(xùn)練和仿生眼系統(tǒng)升級(jí)，5年后他的視力也許能夠更清晰。

有科學(xué)家告訴記者，令澤拉德受益的是一種名為“阿爾古斯II”的人工視網(wǎng)膜裝置。這套裝置的核心是由60個(gè)微型電極組成的網(wǎng)格，需植入病人視網(wǎng)膜內(nèi)。病人還要戴一副太陽(yáng)鏡，里面配有一個(gè)視頻攝像頭和一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器。芯片將攝像頭捕捉到的光轉(zhuǎn)變成腦電活動(dòng)信號(hào)，然后將信號(hào)無(wú)線傳輸?shù)脚c電極網(wǎng)格相連的接收器。

“這些電極其實(shí)就是微型玻璃針，可模擬視網(wǎng)膜的神經(jīng)細(xì)胞，然后將信號(hào)傳輸?shù)截?fù)責(zé)處理視覺(jué)信息的大腦區(qū)域，通過(guò)這一刺激便可讓人感受到視覺(jué)。”參與此項(xiàng)技術(shù)的研究者告訴記者，澤拉德是全球第101位安裝“阿爾古斯II”人工視網(wǎng)膜裝置的失明者，也是美國(guó)第15位接受此類手術(shù)的病人。“目前，做一次‘阿爾古斯II手術(shù)要花10萬(wàn)美元（約合人民幣614000元）費(fèi)用，但患者視神經(jīng)必須完好，如果視神經(jīng)受到破壞或因其他原因失明，便無(wú)法使用這種設(shè)備。”

而在日本，大阪大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授瓶井資弘等人也在進(jìn)行人造視網(wǎng)膜臨床試驗(yàn)。

瓶井資弘稱，試驗(yàn)需要向接近失明者眼內(nèi)植入電極，接受試驗(yàn)的第一例患者視力恢復(fù)到了能夠辨別物體形狀的程度。他說(shuō)其研究團(tuán)隊(duì)預(yù)定今年6月實(shí)施第二例手術(shù)?！霸诖_認(rèn)安全性與治療效果后，計(jì)劃2018年得到日本厚生勞動(dòng)省批準(zhǔn)基礎(chǔ)上投入實(shí)際臨床應(yīng)用。到哪里，許多患者都可以清楚地看到‘親愛(ài)的?！?/p>

被大腦操控的“仿生手”

不久前，英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道稱，奧地利科學(xué)家成功研發(fā)出一種由大腦控制的“仿生手”，為3名奧地利男子重建了手部功能，使用者可以通過(guò)“仿生手”進(jìn)行日常簡(jiǎn)單活動(dòng)，這尚屬全球首次。

據(jù)悉，這種新手術(shù)方法的開(kāi)創(chuàng)人是奧斯卡·阿茲曼，他是修復(fù)外科手術(shù)的世界級(jí)專家。而接受手術(shù)的3名奧地利男子，均因車禍或登山意外致臂叢神經(jīng)損傷。

臂叢神經(jīng)指的是從脊椎到上臂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。據(jù)阿茲曼教授介紹，臂叢神經(jīng)損傷其實(shí)是一種內(nèi)部“截肢”，這種損傷通常由高速碰撞創(chuàng)傷引發(fā)，雖然手不是真的斷掉，但卻接收不到大腦的信息，導(dǎo)致手臂永久癱瘓。

重建手部功能的手術(shù)包括三部分，一是病患必須同意截肢，切掉已失去功能的真手;二是從大腿移植自身肌肉及神經(jīng)至前臂，來(lái)連接內(nèi)置感應(yīng)器的“仿生手”;三是“仿生手”與大腦通過(guò)電子信號(hào)連接，這些信號(hào)讓病患得以操控“仿生手”并改善生活品質(zhì)。

據(jù)了解，裝上“仿生手”后，病患還要學(xué)習(xí)如何操控移植肌肉等。目前看費(fèi)用還稍稍有些高，整個(gè)手術(shù)加康復(fù)費(fèi)用需要3萬(wàn)歐元。雖然“仿生手”的敏感度始終不能與真手相比，但接受手術(shù)的三個(gè)人現(xiàn)在已能完成拿起雞蛋、用水壺倒水、使用鑰匙、用刀切食物及用兩只手解扣子等日常動(dòng)作。

30歲的馬里克維奇十多年前因摩托車事故失去右手功能，完全無(wú)法移動(dòng)手臂。他是接受手術(shù)的三名病患之一，在向媒體展示他的“仿生手”時(shí)，他輕輕一按就把“手掌”整個(gè)拆下，宛如科幻電影中的“生化人”走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

阿茲曼博士告訴記者，雖然“仿生手”沒(méi)有觸覺(jué)，但已大幅改善了使用者的生活質(zhì)量。

馬里克維奇也表示：“這是一種全新的生活，它現(xiàn)在就是我的一部分，沒(méi)有它完全不行。最重要的是我可以陪著3個(gè)孩子玩耍，重新拾起了原來(lái)的玩樂(lè)時(shí)光。目前我?guī)缀跄軌蜃龅剿械氖拢瑳](méi)什么特別感覺(jué)，只是撿皮球時(shí)有那么一點(diǎn)困難。”

目前看，這是世界上首次恢復(fù)無(wú)用四肢功能的外科手術(shù)，給患有其他外傷或者有先天缺陷的人帶來(lái)了希望。但并非所有人都適合接受這款“仿生手”，阿茲曼博士表示：“有些人可能最終因?yàn)槿狈ι窠?jīng)線做移植或心理質(zhì)素欠佳，而不能接受這種手術(shù)?！?/p>

另有科學(xué)家告訴記者，目前的醫(yī)學(xué)科學(xué)不僅能夠制造出仿生手，還可制造出仿生心臟、仿生神經(jīng)、仿生軀干、仿生膝蓋等。

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能健身心的仿生運(yùn)動(dòng)

□康建

“仿生”運(yùn)動(dòng)是運(yùn)動(dòng)的一種，長(zhǎng)期堅(jiān)持可強(qiáng)身健體。

仿貓拱腰

每天清晨睡醒后趴在床上，撐開(kāi)雙手，雙腿伸直合攏，撅起臀部，像貓兒拱起脊梁那樣用力拱腰，再放下高翹的臀部，反復(fù)十幾次可促進(jìn)全身血流暢，防治腰酸背痛等疾病。

仿狗行走

像狗走路一樣，將四肢著地，右手和左腳一起，左手和右腳一起伸出去移動(dòng)身體前行。每天堅(jiān)持20分鐘，可防止由于長(zhǎng)時(shí)間站立或行走而引起的腰痛、胃下垂、痔瘡及下肢腫脹等。對(duì)防治腰痛尤其有效。

仿蝗蹺腿

將身體俯臥，雙肘彎曲，雙手放在胸部下方床板上。接著上身仰起，雙腳并攏并盡量抬高，緩慢進(jìn)行3次腹式呼吸，每天可做數(shù)次。效仿飛蝗蹺腿尤其適合女性，對(duì)減少腹部脂肪很有效。

仿駝瑜伽

是效仿駱駝動(dòng)作的瑜珈姿勢(shì)。首先雙手放在腰間，雙膝跪在地上，然后慢慢把上身向后仰，仰至快要不能支撐時(shí)用雙手握住雙腳后踝部，保持后仰姿勢(shì)，以腹式呼吸重復(fù)3次，此法使大腿和腹部肌肉得到充分運(yùn)動(dòng)，預(yù)防脂肪沉積，有利減肥。同時(shí)，由于腹部繃緊刺激了腸道，對(duì)預(yù)防便秘效果明顯。

仿貓打盹

貓是有良好習(xí)慣的動(dòng)物，每天總是在相同時(shí)間睡覺(jué)，而且每次睡的時(shí)間都一樣多。貓還常打盹，以彌補(bǔ)正常睡眠不足。有學(xué)者研究認(rèn)為，人和貓有著類似精神狀態(tài)，仿貓打盹有助恢復(fù)精力，是克服疲乏的好方法。研究發(fā)現(xiàn)，人仿貓打盹時(shí)大腦和肌肉立即呈松弛狀態(tài)，腦頻率從每秒10次降至每秒1次，非常有助于精神和體力恢復(fù)。