想象一个仿生手臂,直接连通神经系统,这样大脑就可以控制它的动作,佩戴者感受压力和热,就可以通过他们的机器手感知。这样的前景又走进了一步,因为开发出的光子传感器,可以改善神经与假肢之间的联系。
现有神经接口都是用电子的,采用金属部件,会受身体排斥。现在,马克·克里斯腾森(Marc Christensen)在德克萨斯州达拉斯的南方卫理公会大学(Southern Methodist University),正在和他的同事们制造的传感器,采集神经信号是用光来代替。他们使用的光学纤维和聚合物,不太可能象金属那样引发免疫反应,也不会腐蚀。
这种传感器目前还处在试验阶段,体积太大,不能佩戴在身上,但较小的产品应该可以用于生物组织,该小组称。
这种传感器是基于一种球壳状的聚合物,它会在电场中改变形状。这种球壳配有一根光导纤维,它传送一束光在壳内四处传输。
这种方式是,光在球壳里面四处传输,被称为“回音壁模式”,这一命名所根据的回音壁是在伦敦圣保罗大教堂,那里声音传播得比通常远,是因为声音沿凹墙反射。
这个创意就是,电场结合神经脉冲就会影响球的形状,从而改变球壳里面光的共振;这样,神经就有效地成为光子电路的一部分。在理论上说,改变共振,使光穿过光纤,就可以告诉机器手臂说,大脑要动一根手指头,这是举一个例子。
信号传输也可以是在另一个方向,可以发射红外线直接照射神经,这都知道,是要刺激神经。引导红外线瞄准神经,要用一个反射器,这个反射器就在光学纤维末端。
要使用工作版本的传感器,神经连接就需要映射。例如,病人会被要求尝试抬起他们已经失去的手臂,这样,外科医生就可以连接相关神经与假肢。
研究者计划演示的工作样品,是要用在猫或狗的肢体上,这要在两年内进行。在此之前,传感器需要缩小,要从数百微米缩小到50微米。这个项目有560万美元的资金是来自美国陆军的国防高等研究计划署(DARPA)。
克里斯腾森说,有一天,传感器和光纤可以充当“跳线”,用以恢复患者的运动和感觉,这些患者都是脊髓神经受到了损伤,所以就要连通大脑神经与腿,就要绕过受损区域。
拉维·白拉姆康达(Ravi Bellamkonda)是一位生物工程师,在亚特兰大佐治亚理工学院,他留下了深刻的印象。“我会很兴奋,会让它们成功。重要的是开发强大的接口,连通神经系统,”他说。
但英国瑞丁大学(University of Reading)的马克·伽森(Marc Gasson)说,这种传感器仍有可能被身体排斥。“当然,这些很大程度上是生物相容性的材料。然而,我怀疑它是否能完全排除了某种形式的免疫反应,”他说。
大脑控制机械四肢
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