能治“怪病”的仿生术

方达

“仿生前庭”治眩晕

上下楼梯、快速步行是每一天每一个人都会做的举动，或许你还会一手拿着一杯提神用的咖啡，一手抓着一份当天的报纸去上班，并在过人行道时躲避着其他行色匆匆的行人向你撞来。当然，这是身体健康、视听正常的人司空见惯的事。我们眼中的世界方正、平稳，不像有些纪实电影用DV拍摄出来的画面一般摇摇晃晃令人晕眩。但世界上还存在着另一些人，由于丧失了平衡感，连上述简单的举动都无法做到。

人体与生俱来的平衡感不是无端存在的，让人保持平衡、让人视线与步伐保持一致，源自人体耳道中的“前庭系统”。前庭可感受到人体头位、体位的变化，可随时调整人体的姿势，达到身体平衡。最能让一般人了解前庭作用的是，有些人会晕车、晕船，这是因为前庭出现了短暂的功能失衡。而有时候，由于使用抗生素不当、外伤、病毒感染和基因疾病等，前庭系统会出现病变，最后导致失灵。

“如果你失去了双耳内前庭知觉，踏上地面眼中的世界都是颠簸的。”美国约翰斯霍金斯大学前庭神经工程实验室的主管查尔斯·德拉·桑提纳说，想象一下无时无刻不在晕车的感觉可以知道。患者将无法开车，甚至无法正常行走，而目前的医疗水平对这一症状却束手无策。因此，许多人将这种现象称之为“怪病”。

“对丧失平衡功能的成年病患，现在能做的只是为他们进行物理治疗。”作为医生的桑提纳告诉记者，他们会建议病人在行动时努力盯紧一个固定点以保持平衡，“但前庭系统在极短时间内调整人体平衡的效果，是无法用这样的方式予以替代的。”

目前，桑提纳在寻找治疗这种怪病的方法，他看好的是用仿生手法为患者重造一个前庭系统。桑提纳说研制中的仿生前庭系统仅是当代科学家致力于开发的仿生人体器官中的一种。当人们因遭受某种病痛或伤害失去部分重要器官，如果科学家能开发出感应器更多，更加灵活、敏感、完善的仿生器官，将最大程度弥补病痛为患者造成的伤害。而终极目标，是让仿生器官与真实人体器官之间的差异降低到最小。要做到与人体的“无缝对接”，仿生器官研制过程需十分精细。比如仿生前庭，桑提纳带领的研究小组已开发出日后可用于植入人体的仿生前庭雏形。目前，他的仿生前庭装置已在老鼠活体实验上取得成功，并正在猴子身上做进一步测试。科研人员同时要将装置做得更小巧，以减少耗电量。

无独有偶，华盛顿大学的外科专家与耳鼻喉科教授杰·鲁宾斯坦也开发了类似的仿生前庭装置，已抢先向美国食品与药品监督局发出要求用于临床试验的申请。“如果进展顺利，今年秋天这个装置可在人类志愿者身上产生作用。”

据悉，将仿生前庭推广到普通患者身上，还需相当长的时间。因为材料、技术的特殊与精细，使仿生器官造价十分高昂，一个仿生前庭的成本目前高达上百万美元。鲁宾斯坦说，目标不仅完善仿生器官的功能，还要降低成本，让患者都能装得起。

“亲爱的”人工视网膜

日前，在美国明尼苏达州的一家诊疗中心，一名68岁失明男子装上仿生眼后，首次看到与他结婚10年却从未“亲眼见过”的妻子，该男子惊呼：“亲爱的，你真美。”

泽拉德原本是一名化学家，由于患上色素性视网膜炎，其视力逐渐衰退，并于20年前失去工作能力。10年后，泽拉德完全失明。不久前，美国梅奥医学中心为泽拉德定制了一套“仿生学眼镜”，包含一颗人造眼球和若干芯片，可将光线信号绕过视网膜直接传送至病人的视觉神经。

据悉，今年1月，一个微小的晶片状芯片被植入泽拉德的右眼。经过手术和康复后，泽拉德如今已能分辨出人的外形及物件的大致轮廓，无需辅助即可在室内行走。随着训练和仿生眼系统升级，5年后他的视力也许能够更清晰。

有科学家告诉记者，令泽拉德受益的是一种名为“阿尔古斯II”的人工视网膜装置。这套装置的核心是由60个微型电极组成的网格，需植入病人视网膜内。病人还要戴一副太阳镜，里面配有一个视频摄像头和一个数字信号处理器。芯片将摄像头捕捉到的光转变成脑电活动信号，然后将信号无线传输到与电极网格相连的接收器。

“这些电极其实就是微型玻璃针，可模拟视网膜的神经细胞，然后将信号传输到负责处理视觉信息的大脑区域，通过这一刺激便可让人感受到视觉。”参与此项技术的研究者告诉记者，泽拉德是全球第101位安装“阿尔古斯II”人工视网膜装置的失明者，也是美国第15位接受此类手术的病人。“目前，做一次‘阿尔古斯II手术要花10万美元（约合人民币614000元）费用，但患者视神经必须完好，如果视神经受到破坏或因其他原因失明，便无法使用这种设备。”

而在日本，大阪大学医学院教授瓶井资弘等人也在进行人造视网膜临床试验。

瓶井资弘称，试验需要向接近失明者眼内植入电极，接受试验的第一例患者视力恢复到了能够辨别物体形状的程度。他说其研究团队预定今年6月实施第二例手术。“在确认安全性与治疗效果后，计划2018年得到日本厚生劳动省批准基础上投入实际临床应用。到哪里，许多患者都可以清楚地看到‘亲爱的。”

被大脑操控的“仿生手”

不久前，英国《每日邮报》报道称，奥地利科学家成功研发出一种由大脑控制的“仿生手”，为3名奥地利男子重建了手部功能，使用者可以通过“仿生手”进行日常简单活动，这尚属全球首次。

据悉，这种新手术方法的开创人是奥斯卡·阿兹曼，他是修复外科手术的世界级专家。而接受手术的3名奥地利男子，均因车祸或登山意外致臂丛神经损伤。

臂丛神经指的是从脊椎到上臂的神经网络。据阿兹曼教授介绍，臂丛神经损伤其实是一种内部“截肢”，这种损伤通常由高速碰撞创伤引发，虽然手不是真的断掉，但却接收不到大脑的信息，导致手臂永久瘫痪。

重建手部功能的手术包括三部分，一是病患必须同意截肢，切掉已失去功能的真手;二是从大腿移植自身肌肉及神经至前臂，来连接内置感应器的“仿生手”;三是“仿生手”与大脑通过电子信号连接，这些信号让病患得以操控“仿生手”并改善生活品质。

据了解，装上“仿生手”后，病患还要学习如何操控移植肌肉等。目前看费用还稍稍有些高，整个手术加康复费用需要3万欧元。虽然“仿生手”的敏感度始终不能与真手相比，但接受手术的三个人现在已能完成拿起鸡蛋、用水壶倒水、使用钥匙、用刀切食物及用两只手解扣子等日常动作。

30岁的马里克维奇十多年前因摩托车事故失去右手功能，完全无法移动手臂。他是接受手术的三名病患之一，在向媒体展示他的“仿生手”时，他轻轻一按就把“手掌”整个拆下，宛如科幻电影中的“生化人”走进现实。

阿兹曼博士告诉记者，虽然“仿生手”没有触觉，但已大幅改善了使用者的生活质量。

马里克维奇也表示：“这是一种全新的生活，它现在就是我的一部分，没有它完全不行。最重要的是我可以陪着3个孩子玩耍，重新拾起了原来的玩乐时光。目前我几乎能够做到所有的事，没什么特别感觉，只是捡皮球时有那么一点困难。”

目前看，这是世界上首次恢复无用四肢功能的外科手术，给患有其他外伤或者有先天缺陷的人带来了希望。但并非所有人都适合接受这款“仿生手”，阿兹曼博士表示：“有些人可能最终因为缺乏神经线做移植或心理质素欠佳，而不能接受这种手术。”

另有科学家告诉记者，目前的医学科学不仅能够制造出仿生手，还可制造出仿生心脏、仿生神经、仿生躯干、仿生膝盖等。

■链接

能健身心的仿生运动

□康建

“仿生”运动是运动的一种，长期坚持可强身健体。

仿猫拱腰

每天清晨睡醒后趴在床上，撑开双手，双腿伸直合拢，撅起臀部，像猫儿拱起脊梁那样用力拱腰，再放下高翘的臀部，反复十几次可促进全身血流畅，防治腰酸背痛等疾病。

仿狗行走

像狗走路一样，将四肢着地，右手和左脚一起，左手和右脚一起伸出去移动身体前行。每天坚持20分钟，可防止由于长时间站立或行走而引起的腰痛、胃下垂、痔疮及下肢肿胀等。对防治腰痛尤其有效。

仿蝗跷腿

将身体俯卧，双肘弯曲，双手放在胸部下方床板上。接着上身仰起，双脚并拢并尽量抬高，缓慢进行3次腹式呼吸，每天可做数次。效仿飞蝗跷腿尤其适合女性，对减少腹部脂肪很有效。

仿驼瑜伽

是效仿骆驼动作的瑜珈姿势。首先双手放在腰间，双膝跪在地上，然后慢慢把上身向后仰，仰至快要不能支撑时用双手握住双脚后踝部，保持后仰姿势，以腹式呼吸重复3次，此法使大腿和腹部肌肉得到充分运动，预防脂肪沉积，有利减肥。同时，由于腹部绷紧刺激了肠道，对预防便秘效果明显。

仿猫打盹

猫是有良好习惯的动物，每天总是在相同时间睡觉，而且每次睡的时间都一样多。猫还常打盹，以弥补正常睡眠不足。有学者研究认为，人和猫有着类似精神状态，仿猫打盹有助恢复精力，是克服疲乏的好方法。研究发现，人仿猫打盹时大脑和肌肉立即呈松弛状态，脑频率从每秒10次降至每秒1次，非常有助于精神和体力恢复。