新光學感測器 大腦將能直接控制義肢(圖)
將使大腦可直接控制義肢
未來,通過該感測器,大腦能夠直接控制義肢的運動,被植入者也可通過義肢感受到壓力和熱度。
目前,義肢中的神經介面都是電子的,其中的金屬零件可能會被身體排斥。而美國南衛理公會大學的馬克·克里斯滕森和同事正在研發一些可以捕捉神經信號的光學感測器。他們使用的材料——光纖和聚合物與金屬相比,不僅不太可能誘發身體的免疫反應,而且也不會被腐蝕。
這種感測器建立在一個聚合物的球殼上,這些球殼同一束光纖偶聯在一起,光纖將發送一束光,經過球殼內部。光在這些球殼內「旅行」的方式被稱為「 回音壁模式」,其靈感源於英國倫敦聖保羅大教堂的回音壁。在聖保羅大教堂,聲音可以通過凹形牆壁的不斷反射而持續傳播,因此傳播得更遠。
該感測器的設計理念是,與神經脈衝相連的電場會影響聚合物球殼的形狀,球殼內部光線的共振也隨之改變,因此,神經系統會變為光子電路的一部分。從理論上講,光線的共振變化能夠向仿生手發送指令,比如告訴仿生手,大腦想要移動一根手指等。通過在光纖頂端放置一個反射器,引導一束紅外線照射並刺激神經系統,其發出的神經信號也能夠被帶往其他方向。
研究人員表示,這種感測器目前還處於原型研製階段,而且尺寸太大,暫時無法安裝在人體內,不過,隨著尺寸不斷縮小,這種感測器將可以在生物體內發揮作用。該科研項目獲得了美國國防部高級研究計畫局(DARPA)560萬美元的資助。研究人員計畫2年內將工程樣品在貓或狗身上進行試驗。在此之前,研究人員需要將這種感測器的大小從幾百微米縮小到50微米。
該感測器工程樣品在使用前,研究人員還需要將神經連接具體地繪製出來。例如,要求病人試著舉起他殘缺的手臂,以便將相關的神經連接到義肢上。
克里斯滕森表示,總有一天,這些感測器和光纖可以像「跳線」一樣,形成從大腦直到腿部的神經回路,繞開受損的身體組織,最終讓脊髓受損患者重新恢復運動能力和知覺。
不過,也有專家認為,這種感測器所使用的材料雖然都具有很大的生物相容性,但它們是否能夠完全避免人體的排異反應依然存疑。
来源:科技日報
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