于美国田纳西州诺斯维尔市四周的“少儿屋进修中央”，阿曼达· 基茨一走进教室就被四五岁的小孩们围住了。“哎，我的宝物儿们昨天怎么样呀？”她说着，拍拍这个的肩膀，抚抚阿谁的头发。阿曼达是位修长而有活气的女性，谋划这家和别的两家托儿所已经差未几有20年了。她蹲下身跟一个小女孩措辞，把双手搁于膝盖上。
要害词释义：生物电子学，研究以机械体系行使活的生命体或者生命体部门器官之功效的学科。
于美国田纳西州诺斯维尔市四周的“少儿屋进修中央”，阿曼达· 基茨一走进教室就被四五岁的小孩们围住了。“哎，我的宝物儿们昨天怎么样呀？”她说着，拍拍这个的肩膀，抚抚阿谁的头发。阿曼达是位修长而有活气的女性，谋划这家和别的两家托儿所已经差未几有20年了。她蹲下身跟一个小女孩措辞，把双手搁于膝盖上。
“呆板胳膊！”几个孩子叫道。
“你们还记患上这个哈。”阿曼达一边说，一边把左臂伸出来。她掀开手掌向上，伴着一阵稍微的嗡嗡声，不留神是听不出来的。她把肘部屈起，又是一阵嗡嗡声。
“让它干点儿傻傻的事吧！”一个女孩说。“傻傻的？记患上我怎么跟你们握手吗？”阿曼达说着，张开手臂，动弹手段。一个男孩犹疑地伸脱手去，碰了碰她的手指。他触到的是肉色的塑料，指端微向内屈。表皮下是三个马达，一具金属框架，以及一套尖端电子体系。这设备的顶端是一个白色的塑料罩，接于阿曼达的肱二头肌中段，套住一截残肢——她于2006年一场车祸中掉去的左臂差未几就只剩下这点儿了。
差未几，但不是仅此罢了。她的年夜脑中，在乎识层面之下，还存有那条手臂的无缺图象，犹如鬼魂。当阿曼达想着弯曲肘部的时辰，这条鬼魂手臂就动了。神经激动从她的年夜脑中连忙传出，被白塑料罩中的电极传感器吸收并转换成让马达策动的旌旗灯号，因而呆板臂的肘部屈起来了。
“实在我不消想着它。我就间接让它动。”40岁的阿曼达说。她使用的义肢除了了这个尺度型的以外，另有一个更具试验性、可控性更强的。“出车祸以后我掉魂崎岖潦倒，不大白天主为何对于我这么狠。可这些天我老是欢欣鼓舞的，由于他们于不停改善这只手臂。总有一天我能用它来感知工具，或者是于孩子们唱歌我击掌的时辰找准拍子。”
即便筋肉骨骼损毁或者损失，曾经经节制着它们的年夜脑区域及神经也会继承存活，阿曼达就是活生生的例子。对于很多伤残者而言，与断肢对于应的脑区以及神经都于静候联结，犹如话机被扯失的德律风线。大夫们已经最先哄骗神乎其技的外科手术，为患者把这些人体组织与拍照机、发话器、马达之类的装配毗连起来。因而，瞽者能视，聋人能听，而阿曼达能双手筹划家务了。阿曼达· 基茨是“嫡人类”中的一员。这小我私家群的躯体部门缺掉或者损毁，以嵌入神经体系、服从年夜脑指令的装配来替换。他们使用的这些呆板被称作神经义肢，或者者——科学家们愈来愈喜欢用这个公共风行的词语——生物电子装配。埃里克· 施伦普自1992年于一次跳水中摔断脖子后一直四肢瘫痪，此刻能靠植入皮下的一部电子装配来移动手指，握住餐叉了。乔· 安· 路易斯是一名女瞽者，却能于一架与视觉神经沟通的微型相机的帮忙下，看到树木的轮廓。另有一岁半的艾登· 肯尼，此刻能听妈妈措辞并应对，由于这个生来掉聪的男孩耳朵里有22个电极，它们把发话器收罗到的声音转化成为了听觉神经可以读懂的旌旗灯号。
这是一项过细入微的事情，需要履历一系列实验而且掉误百出。虽然说科学家们相识把呆板与思惟相连的可能性，但他们也晓得连结这类毗连有何等坚苦。举例来讲，假如阿曼达断臂上的塑料罩移了位，哪怕只是一点点，也有可能令她合不拢手指。只管云云，生物电子装配仍代表着科技的一年夜奔腾，研究职员如今能让残疾者找回的身体性能，是他们已往想都不敢想的。
“这项事情的焦点即于在此：修复。”美国神经疾病与中风研究所的神经项目主任约瑟夫· 潘克拉齐奥说，“一个有脊柱毁伤的患者能去餐厅用饭，不消人喂，而旁人也看不出异常，这就是我对于乐成的界说。”
于芝加哥痊愈中央（RIC）的罗伯特· 利普舒尔茨的办公室里，人类测验考试修复躯体的汗青以人造假手、假腿以及假脚的情势揭示于一座座架子上。“假臂的基本技能于已往100年里都没怎么变，”他说，“质料纷歧样了，咱们无非是用塑料代替了皮革，但基本组织稳定：一堆钩子以及搭钮，用绳缆或者马达来驱动，用杠杆来节制。很多多少缺胳膊少腿从伊拉克回来的人都领到了如许的家伙。喏，戴上尝尝。” 利普舒尔茨从架子里拽下一只塑料壳给我。
本来是一只左肩臂的义肢。肩膀那部门就是一块胸甲，用缚带固定于胸前；手臂于肩部以及肘部以搭钮毗连，结尾是一把金属钳。要伸脱手臂，就患上向左扭过甚来，用下巴压住一根把持杆，再加之一点投掷动作把手甩出去。还真是说多别扭就有多别扭。并且逝世沉。20分钟以后，脖子就由于离奇的姿式以及吃力的压杆动作而痛苦悲伤起来。许多截肢者末了都对于这类假臂敬而远之。
“有时我很不愿意拿这类工具给患者，” 利普舒尔茨说，“由于咱们其实不知道它能不克不及帮患上上忙。” 他以及痊愈中央的其他同事以为，比力能派上用处的，还要数阿曼达· 基茨志愿试用的那种义肢——实行操控的是年夜脑，而不是一般环境下与伸手动作无关的身体部门。有种名为“靶向肌肉神经支配重构”的技能，哄骗截肢后残余的神经来节制人工肢体，在2002年初次于一名患者身上试用。四年后，阿曼达出了车祸于病院里卧床时，她丈夫汤米· 基茨从网上读到了相干报导。变乱发生时，一辆卡车撞烂了她的车，也挤碎了她肘部如下的左臂。
“那时我末路怒、伤心，了无生趣。我就是接管不了。”她说。但汤米跟她说了芝加哥有人装新型义肢的事，带来一线但愿。“其时看来这是咱们的最好选择了，比笨重的平凡假臂强患上多。”汤米说，“阿曼达据说后竟也高兴起来。”很快他们就座上了去往芝加哥的飞机。
托德· 库伊肯是芝加哥痊愈中央的一位内科大夫兼生物医学项目师，卖力生物电子假臂的开发。他知道，截肢者残臂内的神经仍能通报来自负脑的旌旗灯号。他也知道，义肢内的电脑可以批示电念头发出动作。问题于在如何成立接洽。神经传导电旌旗灯号，却不克不及间接连于计较机的数据线上。（神经纤维与金属导线事����Ϸapp情起来不搭调，并且导线接入身体处的开放伤口会成为传染入侵的高危通道。）
库伊肯需要找一种放年夜器来加强神经带来的旌旗灯号，如许便没必要间接求之在神经。他于肌肉中找到了。肌肉紧缩时会开释出一股电脉冲，足以被贴于皮肤上的电极感到到。他开发出一种技能，把被堵截的神经从本来的肢体损毁处移走，转接到有适量的旌旗灯号放年夜功能的其他肌肉。
2006年10月，库伊肯最先为阿曼达接驳。第一步是把新近漫衍于整条手臂中的重要神经保住。“这些神经原本就卖力胳膊以及手的运作，但如今我患上别的找出四个肌肉区域，把它们转接已往。”库伊肯说。这些神经发轫在阿曼达的年夜脑运动皮质（这里存有肢体的粗略图象），于残臂的结尾戛然而止，正如被堵截的德律风线。经由过程繁复的手术，它们被一位外科大夫从头接入上臂肌肉的差别区域，并于以后几个月中一毫米一毫米地生长，于各自的“新家”中扎根。
“三个月后我最先感应稍微的刺痒以及抽搐，”阿曼达说，“四个月后，我触碰上臂的时辰竟真能觉得得手的差别部位。我于差别的位置摸摸，觉得对于应着一根根手指。”她感触感染到的实在是嵌于年夜脑中的那条“鬼魂手臂”，它如今又连上了血肉。阿曼达心里想着移动“鬼魂手指”时，上臂的真实肌肉就会紧缩。
又过了一个月，她装上了本身的第一只生物电子手臂，电极藏于断臂外围的塑料罩中，捕获肌肉的旌旗灯号。此时的应战于在怎样把这些旌旗灯号转化为勾当肘部以及手掌的指令。从阿曼达那一小段上臂中涌出了错乱的电子“乐音”，此中同化着“伸直肘部”或者“动弹手段”如许的旌旗灯号。安装于假臂内的微处置惩罚器必需颠末严密编程，才气拣出准确的旌旗灯号，发送给响应的马达。
由于有阿曼达的“鬼魂手臂”，筛选这些旌旗灯号才成为可能。于痊愈中央的一间试验室中，项目师布莱尔· 洛克卖力完成编程的藐小调解。他让阿曼达卸下假臂，于她的残臂上贴满电极。她站于一台年夜平板电视前，屏幕显示着一只浮于蓝色配景上的手臂——这就是“鬼魂手臂”的映像。电极吸收阿曼达的年夜脑发给残臂的指令，屏幕上的手臂就会动。
洛克压低嗓音——以避免故障阿曼达集中精力——让她把手翻过来，掌心向内。于屏幕上，手掌翻动，掌心向内。“此刻伸直手段，掌心向上。”他说。屏幕上的手又动了。“是否是比前次好？”她问。“对于呀，旌旗灯号很强。”阿曼达笑了。接下来洛克让她把拇指与其余四指并拢。屏幕上的手照做了。阿曼达睁年夜了眼睛：“哎呀，我以前都不知道本身能如许做！”一旦与某个特定动尴尬刁难应的肌肉旌旗灯号被辨认出来，就能够设定假臂的计较机步伐，使之征采这类旌旗灯号，并于寻获时激活响应马达。
阿曼达训练使用假臂之处就于库伊肯的办公室楼下，是一间由功课医治师安置的公寓，内里有初获假肢的残疾人一样平常可能用到的各类用具。带炉灶的厨房，放金属餐具的抽屉，睡床，配衣架的橱柜，卫生间，楼梯——都是人们天天不经意使用着的器物，但对于掉去某段肢体的人来讲却孕育发生了伟大的阻力。阿曼达做花生酱三明治的动作能看患上人呆头呆脑。她把袖子卷起来，露着假臂的塑料罩，动作十分流利：用那只无缺的手臂托起一单方面包，用假臂的手指抓起刀子，手肘弯曲，一来一去地抹开花生酱。
“刚最先的时辰也不易，”她说，“我起劲勾当，手却经常走不合错误处所。”但她下功夫训练，假臂用患上越多，动作就变患上越天然。阿曼达此刻最想要的是假臂的知觉。它会对于很多勾当年夜有帮忙，包孕她最喜欢做的一件事——喝咖啡。“纸杯的弊端于在，我的假手抓工具时会始终收拢，直到握紧才停下来，而拿着纸杯不成能握紧。”她说，“有一回于星巴克就出了洋相，用假手去抓纸杯，‘扑’的一下捏爆了。”
库伊肯说，她年夜有但愿获得这类知觉，照旧要靠她的“鬼魂手臂”。芝加哥痊愈中央与约翰· 霍普金斯年夜学运用物理学试验室的生物项目师互助，始终于为阿曼达如许的患者开发一种新型义肢，它不只更矫捷——拥有更多马达以及枢纽关头——指端另有压力感到垫。一些近似活塞杆的细棒与感到垫相毗连，抵住阿曼达的残肢。
手上受力越年夜，“鬼魂手指”的觉得就越强烈。“如许我就能察觉手握患上有多紧了。”她说。经由过程细棒振动的速率，她还能区别手指摸过的物体是粗拙（好比砂纸）照旧平滑（好比博璃）。“我去芝加哥试用了一下，很是喜欢。”她说，“我都但愿他们此刻就让我拿回家去。但是它比我于家用的假肢繁杂患上多，他们还不克不及安心地交给我。”埃里克· 施伦普与阿曼达差别，他不需要假肢，只需要让本身生成的手臂复工——自从施伦普于1992年摔断脖子酿成四肢瘫痪，它们就没本身转动过。然而，如今这名40岁的俄亥俄须眉能捏起刀叉了。
他能这么做，要归功在凯斯西储年夜学的生物医学项目师亨特· 佩卡姆开发的一莳植入装配。“咱们的方针是恢复手的抓握威力。”佩卡姆说，“下手是自力糊口的要害。”
施伦普的手指肌肉以及节制它们的神经依然存于，但从年夜脑传来的旌旗灯号到颈部就被截断了。佩卡姆领导其他事情职员从施伦普的胸部插入八根微细的电极，于右臂的皮下一起走得手指肌肉。他胸前的肌肉紧缩时，会激发一个旌旗灯号，经由无线发射器传给挂于他轮椅上的小型电脑，后者将旌旗灯号解读后传回植入他胸部的吸收器，再由导线顺着手臂传得手上，因而旌旗灯号号令手指的肌肉收紧、握拢——这一切都于1微秒内完成。“我能抓起叉子本身用饭了，”施伦普说，“这意思庞大。”
约莫250小我私家接管了这类仍处在试验阶段的技能的医治。但还有一种生物电子装配已经注解，年夜脑与呆板的联合可所以强盛而经患上起时间磨练的，已往30年中全世界已经有近20万人装上了它。这就是耳蜗植入装配。艾登· 肯尼是近来接管植入的患者之一。他母亲塔米· 肯尼还记患上一年前得悉本身的宝宝连助听器都用不了时的情景。“我就只是把他抱于怀里哭，”她说，“我知道他听不见我的声音。他之后怎么跟我沟通呢？有一回，我丈夫拿两只铁锅互相击打，但愿他有点儿反映。”艾登全然没听见那乐音。
此刻他就听患上见了。2009年2月，约翰· 霍普金斯年夜学的外科大夫于他每一个耳蜗内盘曲地放入了带有22个电极的细线（耳蜗是一般环境下卖力感到声波振动的内耳组织）。艾登身上的发话器吸收声音，把旌旗灯号发送给电极，尔后者间接把旌旗灯号转入神经。
“手术后一个月，大夫启动植入装配的那天，咱们发明他对于声音有反映了。”塔米·肯尼说，“他会对于我的话音转过甚来，太神奇了。”此刻他正于共同医治学措辞，迅速遇上听力健全的同龄人。
继耳蜗装配以后，生物电子眼或许会很快问世。几年前，视网膜色素变性夺去了乔· 安· 路易斯的目力，这类疾病会损坏眼内卖力感光的杆细胞以及锥细胞。然而她近来恢复了部门目力，是患上益在眼科专家马克· 胡马云的研究。
患有这类眼疾的病人，凡是会有部门内层视网膜未受毁伤，乔· 安· 路易斯就是云云。这一层视网膜组织中充满了双极细胞以及神经节细胞，一般环境下它会网络来自外层的杆细胞以及锥细胞的旌旗灯号，再转给从视觉神经发散出来的纤维。新近没人知道内层视网膜使用的是甚么样的旌旗灯号，或者者怎样对于之运送它可以或许解读的图象。1992年，胡马云最先于手术中为此类患者的视网膜装上微小的电极阵列，如许实验了一小段时间。
“我叫他们用眼睛追踪一个点，他们做到了。”他说，“他们能瞥见排成行列以及柱状的工具了。”又颠末十年的实验，胡马云以及同事们开发出一套体系，定名为“阿耳戈斯”（希腊神话中的伟人，长着上百只眼睛）。患者佩带一副墨镜，上面装有一架微型摄像机以及无线发射器。影像旌旗灯号被发送给腰带上的电脑，转成神经节细胞能读懂的电脉冲，再发送给置在耳后的吸收器。从那里引出一根导线接入眼内，通向微微附着于视网膜外貌的方形16电极阵列。脉冲引发电极，电极引发细胞，然后年夜脑完成剩下的事情，让第一批接管医治的患者看到了物体的边沿以及大略轮廓。
2006年秋，胡马云以及他所供职的“第二视界”公司结合一支国际团队，把阵列中的电极增长到60个。以及像素更多的相机同样，新阵列能孕育发生更清楚的图象。来得意克萨斯的路易斯是最早得到新阵列的患者之一。“此刻我又能看出树的轮廓了，”她说，“印象中那是我掉明前看到的末了同样工具。此刻我看获得向四面八方伸出的枝干。”
研究者又使神经义肢的观点更进一步，最先用它来辅助年夜脑自己。介入一项“年夜脑之门”规划的科学家正试图把彻底损失步履威力的患者的年夜脑运动皮质间接与电脑相连，使他们可以或许意图念来操控外界物体。此刻已经有受试者能如许挪动电脑屏幕上的光标。研究者以至规划开发一种人工海马，替换人脑中贮存影象的海马布局，用来为掉忆患者移植。
不是每一件事城市进展患上那末顺遂。于首批接管“年夜脑之门”医治的四名患者中，有一人厥后决议取下电脑接头，由于它滋扰其他的医疗举措措施，而乔· 安· 路易斯说她的目力还没恢复到能保险过马路的田地。然而阿曼达的断臂装上了更有弹性的新型塑料罩，节制手臂的神经与电极获得了更好的调谐。
“这象征着我能用假臂做的事年夜年夜增长了。”她说，“芝加哥何处又出了一款新的，可让我做出很多多少差别的抓握动作，我想拿来用。我但愿能用假手跟我园里的孩子们一路捡拾硬币、小锤以及玩具。”库伊肯说，这都不是甚么奢望。“咱们把辅助糊口的东西带给患者，比他们以前用的要好一些，但仍嫌粗劣，跟精妙的人体组织无法比。它们于年夜天然眼前，就像举于太阳下的烛炬同样眇乎小哉”。
只管云云，至少使用着那些东西的人们能举患上起烛炬了，有的以至还于暗中中瞥见了跳动的一星烛火呢。
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