美研发光学传感器能使大脑直接控制义肢

2010-10-19 15:56 来源: 科技日报
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  据英国《新科学家》网站10月18日(北京时间)报道,美国科学家研发出一种能接收神经脉冲等光学信号的传感器,可进一步改进人体神经系统与义肢之间的连接,使通过大脑神经直接控制义肢的梦想朝现实迈进了一大步。未来,通过该传感器,大脑能够直接控制义肢的运动,被植入者也可通过义肢感受到压力和热度。

  目前,义肢中的神经接口都是电子的,其中的金属零件可能会被身体排斥。而美国南卫理公会大学的马克·克里斯滕森和同事正在研发一些可以捕捉神经信号的光学传感器。他们使用的材料——光纤和聚合物与金属相比,不仅不太可能诱发身体的免疫反应,而且也不会被腐蚀。

  这种传感器建立在一个聚合物的球壳上,这些球壳同一束光纤偶联在一起,光纤将发送一束光,经过球壳内部。光在这些球壳内“旅行”的方式被称为“回音壁模式”,其灵感源于英国伦敦圣保罗大教堂的回音壁。在圣保罗大教堂,声音可以通过凹形墙壁的不断反射而持续传播,因此传播得更远。

  该传感器的设计理念是,与神经脉冲相连的电场会影响聚合物球壳的形状,球壳内部光线的共振也随之改变,因此,神经系统会变为光子电路的一部分。从理论上讲,光线的共振变化能够向仿生手发送指令,比如告诉仿生手,大脑想要移动一根手指等。通过在光纤顶端放置一个反射器,引导一束红外线照射并刺激神经系统,其发出的神经信号也能够被带往其他方向。

  研究人员表示,这种传感器目前还处于原型研制阶段,而且尺寸太大,暂时无法安装在人体内,不过,随着尺寸不断缩小,这种传感器将可以在生物体内发挥作用。该科研项目获得了美国国防部高级研究计划局(DARPA)560万美元的资助。研究人员计划2年内将工程样品在猫或狗身上进行试验。在此之前,研究人员需要将这种传感器的大小从几百微米缩小到50微米。

  该传感器工程样品在使用前,研究人员还需要将神经连接具体地绘制出来。例如,要求病人试着举起他残缺的手臂,以便将相关的神经连接到义肢上。

  克里斯滕森表示,总有一天,这些传感器和光纤可以像“跳线”一样,形成从大脑直到腿部的神经回路,绕开受损的身体组织,最终让脊髓受损患者重新恢复运动能力和知觉。

  不过,也有专家认为,这种传感器所使用的材料虽然都具有很大的生物相容性,但它们是否能够完全避免人体的排异反应依然存疑。