千里之外的神经控制
在南京东南大学的一间实验室里,实验台上趴着一只去除了头的蟾蜍。它左边的大腿内侧皮肤已经被纵向割开,坐骨神经暴露在外面清晰可见。
这种去头的蟾蜍,在科学实验中有一个专门的名字“脊蟾蜍”。由于蟾蜍的躯体,在不受大脑控制的情况下,仍然可以保持生物活性,因此,即便没有了头,它们一样可以“活”上几个小时以上。没有了脑神经的支配,脊蟾蜍如果不受到外界的刺激,就不会做出动作。这样,无需麻醉的脊蟾蜍,成为了理想的实验动物“模特儿”。
在南京的实验小组要将面前这只脊蟾蜍的神经信号传递到1000公里之外的北京,让趴在中国康复研究中心实验台上的另一只脊蟾蜍乖乖地接受信号,按照来自第一只蟾蜍的“指令”做出相应的动作。
这个实验是“植入式中枢神经功能再生SOC与生物实验”“微电子芯片嵌入式神经信道桥接与信号再生研究”两个科研项目中的重要内容。所谓的“SOC”,是一个高度集成的系统,它可以是一张微小的电子芯片,里面包含着CPU、存储器等众多的复杂“器官”。
, 百拇医药
用一张两毫米见方的芯片在病人体内神经传导出现问题的地方搭起一座桥梁,使得传递到中断神经两端的信号可以跨过断点,重新传递给应该通向的另一端神经。这座芯片搭建的桥梁被专家称为“微电子神经桥”。此前的实验中,曾把“桥”搭建在同一只蟾蜍左右腿的坐骨神经之间、同一张实验台上的两只蟾蜍之间。这一次,把“桥”架设了1000公里的距离。
实验开始了。研究人员用一只自制的钩状电极接上了第一只蟾蜍左腿的坐骨神经。然后,在它的左脚脚趾上滴了一滴浓度为5%的醋酸。由于条件反射,这只蟾蜍的左腿本能地缩了一下。这时,电极捕捉到了坐骨神经发出的“缩腿”这一信号。通过示波器,可以显示出表现这一信号的一簇簇脉冲波形。同时,这一信号经过“微电子神经桥”电路的放大和处理,被变换成了数字信号。
载着“缩腿”指令的数字信号,通过3G无线网络,一直传到了位于北京的中国康复研究中心的实验室。这里的实验台上,蟾蜍的坐骨神经同样连接着电极。电极将信号进行“翻译”处理,恢复成了初始的神经信号后,“命令”蟾蜍做出了同样的“缩腿”动作。
, 百拇医药
北京的脊蟾蜍做出了“缩腿”动作。远隔千里的两只蟾蜍之间,居然实现了神经信号的交流。这种不可思议的互感互动,引来了科学家们的关注,也引发了人们极大的兴趣。
“在电影《阿凡达》中,美军上校是站在机器人里面来操纵机器人做出各种动作。有媒体把这个实验称作现实版的‘阿凡达’。但是,我们的实验远比电影里的复杂,将来有可能做到人无论在哪里,只要无线连通,就可以让机器人复制动作。”实验负责人王志功笑着说。因为根据实验设想的方案,如果用“微电子神经桥”和无线传输系统,将一个机器人的信息系统与一个人的神经系统连接起来,那么,如果这个人发出与动作相关的神经信号,机器人即便在千里之外,也可以完成类似的高难度动作。
外周神经与中枢神经(大脑、脊髓)一起,组成了完整的神经系统。之前,研究人员已经找到了让受损的外周神经康复的医学方法。例如,把一只狗的坐骨神经剪断后,通过手术可以让它再跳起来。不过,中枢神经损伤后的再生与功能重建,还属于世界生命科学领域中尚未攻克的难题。
, http://www.100md.com
目前,美国有近百万的脊髓神经损伤病人。在我国7000多万的残疾人中,脊髓神经损伤病人估计超过了500万。脊髓神经损伤已经成为人类所遭受的最严重的外伤之一。国际上的研究已经证明,如果脊神经出现了损伤,用外周神经元去进行桥接,是行不通的。因为外周神经元的轴突无法长入脊髓与其中的中枢神经元形成接触。有一些科学家试图通过干细胞技术,诱导干细胞分裂成中枢神经细胞,以便进行修复。不过,这项技术虽然取得了一些进展,但要走出实验室,到真正的临床应用,还有很长的路。
根据实验构想,如果从健康人的运动中,探测出与动作相关的神经信号,就可以传递给瘫痪病人,帮助他们在神经信号的控制下,完成类似的动作。希望这项研究可以为截瘫病人带来康复治疗的曙光。
(摘自《北京科技报》), 百拇医药(李 婵)
这种去头的蟾蜍,在科学实验中有一个专门的名字“脊蟾蜍”。由于蟾蜍的躯体,在不受大脑控制的情况下,仍然可以保持生物活性,因此,即便没有了头,它们一样可以“活”上几个小时以上。没有了脑神经的支配,脊蟾蜍如果不受到外界的刺激,就不会做出动作。这样,无需麻醉的脊蟾蜍,成为了理想的实验动物“模特儿”。
在南京的实验小组要将面前这只脊蟾蜍的神经信号传递到1000公里之外的北京,让趴在中国康复研究中心实验台上的另一只脊蟾蜍乖乖地接受信号,按照来自第一只蟾蜍的“指令”做出相应的动作。
这个实验是“植入式中枢神经功能再生SOC与生物实验”“微电子芯片嵌入式神经信道桥接与信号再生研究”两个科研项目中的重要内容。所谓的“SOC”,是一个高度集成的系统,它可以是一张微小的电子芯片,里面包含着CPU、存储器等众多的复杂“器官”。
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用一张两毫米见方的芯片在病人体内神经传导出现问题的地方搭起一座桥梁,使得传递到中断神经两端的信号可以跨过断点,重新传递给应该通向的另一端神经。这座芯片搭建的桥梁被专家称为“微电子神经桥”。此前的实验中,曾把“桥”搭建在同一只蟾蜍左右腿的坐骨神经之间、同一张实验台上的两只蟾蜍之间。这一次,把“桥”架设了1000公里的距离。
实验开始了。研究人员用一只自制的钩状电极接上了第一只蟾蜍左腿的坐骨神经。然后,在它的左脚脚趾上滴了一滴浓度为5%的醋酸。由于条件反射,这只蟾蜍的左腿本能地缩了一下。这时,电极捕捉到了坐骨神经发出的“缩腿”这一信号。通过示波器,可以显示出表现这一信号的一簇簇脉冲波形。同时,这一信号经过“微电子神经桥”电路的放大和处理,被变换成了数字信号。
载着“缩腿”指令的数字信号,通过3G无线网络,一直传到了位于北京的中国康复研究中心的实验室。这里的实验台上,蟾蜍的坐骨神经同样连接着电极。电极将信号进行“翻译”处理,恢复成了初始的神经信号后,“命令”蟾蜍做出了同样的“缩腿”动作。
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北京的脊蟾蜍做出了“缩腿”动作。远隔千里的两只蟾蜍之间,居然实现了神经信号的交流。这种不可思议的互感互动,引来了科学家们的关注,也引发了人们极大的兴趣。
“在电影《阿凡达》中,美军上校是站在机器人里面来操纵机器人做出各种动作。有媒体把这个实验称作现实版的‘阿凡达’。但是,我们的实验远比电影里的复杂,将来有可能做到人无论在哪里,只要无线连通,就可以让机器人复制动作。”实验负责人王志功笑着说。因为根据实验设想的方案,如果用“微电子神经桥”和无线传输系统,将一个机器人的信息系统与一个人的神经系统连接起来,那么,如果这个人发出与动作相关的神经信号,机器人即便在千里之外,也可以完成类似的高难度动作。
外周神经与中枢神经(大脑、脊髓)一起,组成了完整的神经系统。之前,研究人员已经找到了让受损的外周神经康复的医学方法。例如,把一只狗的坐骨神经剪断后,通过手术可以让它再跳起来。不过,中枢神经损伤后的再生与功能重建,还属于世界生命科学领域中尚未攻克的难题。
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目前,美国有近百万的脊髓神经损伤病人。在我国7000多万的残疾人中,脊髓神经损伤病人估计超过了500万。脊髓神经损伤已经成为人类所遭受的最严重的外伤之一。国际上的研究已经证明,如果脊神经出现了损伤,用外周神经元去进行桥接,是行不通的。因为外周神经元的轴突无法长入脊髓与其中的中枢神经元形成接触。有一些科学家试图通过干细胞技术,诱导干细胞分裂成中枢神经细胞,以便进行修复。不过,这项技术虽然取得了一些进展,但要走出实验室,到真正的临床应用,还有很长的路。
根据实验构想,如果从健康人的运动中,探测出与动作相关的神经信号,就可以传递给瘫痪病人,帮助他们在神经信号的控制下,完成类似的动作。希望这项研究可以为截瘫病人带来康复治疗的曙光。
(摘自《北京科技报》), 百拇医药(李 婵)