人工重建大脑“司令部”,瘫痪女孩翩翩起舞

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  2007年2月16日晚,英国伦敦一场为苏丹难民募捐的演出上,与大牌明星克伦艾尔、玛丽奈等同台演出的有一位名叫艾美·维斯的美丽女孩,她翩翩起舞,情动全场,赢得了一阵阵雷鸣般的掌声。就在人们陶醉于艾美的优美舞姿的时候,英国伦敦电视台的现场解说员向大家报告了一个石破天惊的消息,她激动地说:“这位女孩本来全身瘫痪,她为什么能翩翩起舞呢?此刻,站在幕后的医生正通过遥控装置指挥着她的舞蹈动作……”
  原来,今年20岁的艾美因患“帕金森症”而导致全身瘫痪,在轮椅上度过了漫长的7年。两个月前,一个研究小组在她的大脑里安装了5根电极,于是,艾美不但奇迹般地站立起来,还恢复了她的优美舞姿。
  
  大胆设想:大脑里建立一个指挥部
  
  1987年,艾美·维斯出生在伦敦,她的父亲是罗斯唐斯公司的工程师,母亲是皇家赛马队的兽医。艾美活泼好动,十分喜欢唱歌和跳舞,是伦敦第二十区教堂唱诗班的童声领唱。
  12岁那年的冬天,她突然患了通常只有老年人才患的“帕金森症”,起初手脚抽搐,渐渐地开始肢体麻木。父母领着她先后去美国、瑞士、巴西等好多国家求医,虽然病情稳定了,但却留下了后遗症:一年后,艾美全身瘫痪,只能靠轮椅行走了。
  小艾美始终相信自己能够重新站立起来。她没有放弃自己喜爱的唱诗班领唱的位置,而是坚持每个星期天去教堂唱颂歌。伦敦BBC电视台在教堂现场转播了这个瘫痪女孩的演唱,坐在轮椅里的她,用自己清亮的歌声,感动了电视机前无数观众。
  2001年,伊丽莎白女王邀请艾美到王宫做客,艾美与女王在一起的照片成了英国最著名的《伦敦时报》杂志的封面。女儿的坚强和成功让父母更加为她感到心酸,一想到如此聪明可爱的孩子将与轮椅相伴终身,艾美的父母便心痛欲裂。
  艾美的遭遇引起了一位医生的关注。伦敦大学医学院皇家医院的马尔万·哈里兹教授是全英神经学会最著名的神经学家,他领导的小组曾经多次成功为患者实施颈椎神经“搭桥”手术,使颈椎截瘫患者重新站立起来。小艾美的独特病例引起了马尔万的注意,他约见了小艾美的父亲马特罗伦和母亲克伦,详细地研究了小艾美的病历,并对她进行了仔细的检查。
  马尔万发现,可能由于患“帕金森症”期间不间断地剧烈颤抖,导致部分大脑神经元因过度使用而失去作用,小艾美的神经系统产生了类似于电路中的“短路”现象,指挥运动的神经系统处于瘫痪状态。
  但是,小艾美全身的神经系统并没有遭到破坏,只是大脑不能够指挥全身神经系统的工作。就好像一支军队,各兵种战斗力都在,指挥战斗的司令部却瘫痪了。也好像一部机床,各部件功能完好,只是启动这台机床的电动机不能工作了。
  马尔万教授准备采用神经搭桥技术,对小艾美的部分处于大脑皮层外部的运动神经进行修复。得知这个治疗方案,艾美全家兴奋不己。虽然马尔万教授说,这个方案有相当大的危险,一旦失败,有可能影响到听力、视力甚至发声。可小艾美坚定地对马尔万教授说:“我不想坐在轮椅里,为了能重新走路,我愿意冒这个风险。”
  马尔万首先通过核磁共振和最先进的弱激光立体成像技术,全面地绘制了一张小艾美大脑神经的三维图像。与正常人的大脑神经三维图像相比较,马尔万教授发现,小艾美的脑神经系统遭到大面积破坏。由于产生这些破坏的原因并不是外伤,所以,它们都发生在大脑皮层深处,这给手术“搭桥”增添了极大的困难,因为目前的外科手术还无法在大脑深处进行物理改造,更别说修复那些细若蚕丝的神经了。看来,靠外科手术是根本不可能康复的。
  马尔万心里十分沉重。他每天去病房里看望艾美时,小艾美都伸出手来拥抱这个慈祥的医生,并且着急地询问什么时候才能治好她的病,马尔万犹豫了几天,也没有勇气把真相告诉小艾美:那样对她的打击是多么大呀!
  小艾美的父亲马特罗伦看出了医生的犹豫,他来到马尔万的办公室,直截了当地问:“手术前期准备究竟到了哪一步?我女儿到底有没有治愈的希望?”马尔万悲伤地摇了摇头,说:“根据检查结果看,艾美大脑神经的损坏,是不可逆转的。”看着马特罗伦离开办公室时眼里的泪花,马尔万的心里十分难过。他无法想象马特罗伦如何把这个坏消息告诉自己那充满了期望的女儿。直到第二天上午,小艾美一家离开了医院,马尔万教授一直没有再去见小艾美一面。
  此后的好多天里,马尔万教授一直闷闷不乐,眼前总是出现小艾美那美丽而忧伤的样子。2003年11月,马尔万去阿根廷参加国际神经学年会,在街头,他看见一个玛雅利安人正在玩一个被称为“伊普普伊”的南美古老木偶。他发现,这个玛雅利安人对“伊普普伊”进行了改装,不是用手工操作,而是利用一架遥控器控制木偶做出各种动作。马尔万忽然产生了一个大胆的想法:是否可以通过电子遥控的办法,来代替艾美的大脑指挥系统,使她重新站立起来?
  当时的马尔万并没有想到,他这个普通而又超乎常理的设想,开创了全身瘫痪治疗的新天地。
  
  失败的试验:苏格兰棕熊狂乱跳跃
  
  开完会议,马尔万直接来到南非拜访了约翰内斯堡大学神经学教授克林姆普。他是脑神经构造学的创始人,曾经三次获得诺贝尔医学奖提名,对于脑神经构造及工作机理有着独到的研究。
  当年,马尔万在为北爱尔兰一位警察做截瘫治疗手术时,曾请克林姆普教授进行会诊,两人因此建立了深厚的友谊。克林姆普教授听了马尔万的设想,以他职业的敏感,他认为这是一个极富挑战性而且在医学界将具有重大意义的试验性研究,两人一拍即合,决定联手进行这项研究工作。
  人体运动是大脑指挥系统通过神经向肢体发出信号,从而命令肢体完成各种动作。马尔万和克林姆普设想的基本原理是:设计出一种无线信号,这种信号相当于大脑指挥系统发出的信号,利用这种无线电信号的频率来刺激大脑相应部位神经元,使之产生相应的电信号发送到肢体上,从而命令肢体完成相应的动作。他们经过反复研究论证,认为这个方案在理论上完全可行。
  他们通过先进的脑电波成像技术和弱激光三维定位技术,对多位志愿者进行了试验研究,记录了受试者做不同动作时大脑信号产生的部分和强度,结果发现一个乐观的结论:虽然受试者年龄、性别、种族、性格各异,但是,当他们做相同的一个动作时,大脑发出的信号频率是相同的。这个结论非常重要,因为只有这样,才能量化研究代替腦信号的无线电波信号,把各种复杂动作所分别需要的电信号事先进行频率设计,从而达到做出所需动作的要求。
  为了产生完成不同动作所需要的不同频率,需要一个能精确产生各种频率电信号的电波发射器,这个电波发射器要求有精确的电波定向定位发射能力。为此,马尔万先后求助于英国罗斯唐斯公司和德国西门子公司。这两家公司投入相当人力物力进行了研究开发。2005年11月,一架被称为“定时定强定向定频电波发生器”的仪器在曼彻斯特的罗斯唐斯研究总部诞生了。出生于法国的马尔万将它取名为“热地(Jeter)”,法语的意思是“投掷手”。他希望它所发出的电信号,能像投掷手一样,将信号准确地投掷给相应的神经。
  下一步就是进行试验。由于这种试验是针对大脑进行电波刺激,有可能使受试者产生伤害自己的动作,所以,他们的试验计划并没有招募志愿者。由于猴子并不是一个安静的动物,他们也否定了猴子作为受试者。
  马尔万和克林姆普带着“投掷手”来到苏格兰一家公园,对一头正在冬眠的苏格兰棕熊进行试验。根据克林姆普的理论研究,冬眠的动物,如果在它们的大脑神经上给予相应信号刺激,它们会产生相应的动作。那天,马尔万、克林姆普和助手们在棕熊的笼子外边将“投掷手”架设起来,各种记录仪器和摄影仪器都准备就绪。马尔万轻轻地按动遥控器,给棕熊发出了一个“抬起左前爪”的动作命令,可是,棕熊并没有反应,仍然呼呼大睡。于是,马尔万又发出了一个“抬起右后腿”的命令,棕熊仍然没有反应。
  马尔万有些着急,他回头看了看克林姆普,克林姆普说:“可能是电信号不足吧。来个跳跃动作。”于是,马尔万向棕熊发出了一个“跳跃”的命令。电波刚发出去,就见棕熊猛然间一跃而起,高度足有两英尺高,落地后,再次跳起,并且发出巨大的吼声,然后在笼子里左冲右突,拼命地用爪子击打笼子,发出哗啦啦的响声,把笼子打得直摇晃。
  谁也没有料到它会出现这么剧烈的反应,驯兽员企图用食物来使它安静下来,它视而不见,仍然冲过来冲过去,发出一声声惨叫……而这一切,都被远处潜伏着的动物保护组织的成员拍摄了下来。
  当天晚上,伦敦数家电视台均播放了这段录像,播音员说,几个医生无视动物的权利,对它们进行取乐式的残酷试验,致使这头苏格兰棕熊浑身伤痕累累。这段录像引起观众极大的愤怒,纷纷打电话抗议。伦敦动物保护组织的发言人向媒体宣布,他们准备根据有关动物保护法,向法院提起诉讼。英国议会还针对这次事件,对政府医疗事务主管官员进行了询问。
  显然,这次试验是失败的。几天后,马尔万和小艾美一起接受了电视采访。当观众们得知马尔万是为了拯救艾美才冒险进行动物试验后,普遍原谅了他的行为,动物保护组织也宣布不再起诉马尔万等人。
  
  神奇电极创造奇迹,瘫痪女孩舞翩跹
  
  试验没有成功,反而引起了这么大的麻烦,马尔万和克林姆普受到了很大打击。他们仔细地反省了整个研究过程,认为棕熊之所以做出那么剧烈的反应,原因并不是电信号过强,而是电信号根本无法被棕熊的大脑相应部位接收,从而造成了“指挥混乱”。虽然这架“投掷手”在设计上相当成熟,但是,由于人或动物的大脑神经活动是一个动态的过程,想要大脑准确地接收无线信号,在目前的技术下,是根本不可能达到的。
  马尔万和克林姆普陷入了困惑之中:能否找到一种办法,将“投掷手”发出的信号准确无误地送到大脑相应的位置上呢?研究工作似乎陷入了绝境。由于长时间没有进展,克林姆普只好暂时回到南非。但是两人仍然天天通过互联网和电话进行联系,交流着各自的想法。
  有一天,马尔万刚刚结束一个手术,就接到了克林姆普打来的电话。克林姆普的声音有些激动:“亲爱的教授,你为什么能准确地收到我的声音?”一瞬间,马尔万就明白了克林姆普的意思,马尔万说:“难道,你想在艾美的大脑里植入一架接收器?”克林姆普回答:“是的。我是这样想的。但不是什么大的装置,仅仅是几根电极就够了。”
  中断的研究工作重新开始。3个月后,在伦敦一家航空电器研究所里,十几根细如发丝的镍铬合金电极被制造出来。它们看上去似乎一模一样,但却有着细微的差异,它们将被植入大脑的不同部位,以接收不同的电信号。为了保险起见,马尔万和克林姆普又进行了一系列的动物试验。
  在一次最有可比性的试验中,他们对伦敦动物园里一只从假山上摔下来导致全身瘫痪的猴子进行了试验,结论与设想的完全相同:躺着的猴子,能够按照“投掷手”发出的命令,做出相应的动作来。虽然最后站立起来的动作没有做出来,但是经过分析,当“投掷手”发出站立的命令时,那只猴子的大脑里确实产生了“站立”的信号,只是由于这只猴子太虚弱,没有力气站起來而已。
  艾美一家一直在关注着研究的进展情况。马尔万把猴子试验的录像送给马特罗伦,一家人看了这段录像后,都在憧憬着光明的未来。经过慎重研究,马尔万和克林姆普制订了一套治疗方案。
  2006年12月20日,在圣诞节快要来临时,手术开始了。艾美被送上手术台,实施麻醉后,医生首先在她的后脑颅骨上钻了5个很细小的孔,用纤维探头将镍铬电极慢慢插入大脑。其间,参照事先制作的艾美的大脑神经三维结构图,由特定的激光定位技术引导纤细探头的插入方向,最后,将镍铬电极一根一根地定位在指挥四肢和腰肢运动的各神经部位上。
  几天后,手术的伤口已经愈合了,经核磁共振检查大脑内部,5根电极都处于预定的位置,并且没有产生可能发生的炎症,艾美也没有感到头疼,一切都比较顺利。大家都在期待着那个激动人心的时刻。
  20天后,艾美的大脑没有出现任何不良症状,马尔万和克林姆普决定开始最后一步——遥控行动试验。
  那天,艾美特地换了新衣服,高兴地坐在轮椅上,马尔万、克林姆普和医生小组做好了一切准备。艾美的父母站在一边,不安地搓着手。为了防止意外,地上铺了厚厚的地毯,两位护士紧紧地站在艾美的身边。看到大家紧张的神情,艾美问马尔万:“我能站起来吗?”马尔万点点头:“姑娘,你一定会站起来的。”艾美说:“好吧,那开始吧,我都有点等不及了。”
  马尔万庄重地按下了“投掷手”的控制钮,嘴里说着:“左手抬起来。”随着马尔万的声音,艾美试着抬了一下胳膊,“上帝!”随着她的一声惊叫,她的胳膊抬到了空中。马尔万压抑着心中的激动,换了一个按钮,说:“抬起右手。”艾美又抬起了右手,天哪,就像健康人一样。马尔万回头看了一眼艾美的双亲,泪水已经从他们的脸上流了下来。马尔万又连续地按动了“行走”钮,随着他的“站起来,向前走”的喊声,艾美奇迹般地从轮椅上站了起来,摇摇晃晃地向前走去……
  一步,两步,三步……在一片欢呼声中,艾美一步步走向自己的父母。还有两三米远时。马尔万按动了“跑动”按钮,喊道:“跑过去吧,孩子!”艾美脚下一使劲,就扑向了妈妈的怀里,母女俩痛哭起来。在场的人都流下了激动的泪水。
  在此后的日子里,艾美天天和马尔万一起进行配合训练,经过一个月的磨合训练,艾美可以随着马尔万的控制,跳一些简单的舞蹈动作了。虽然这些舞蹈动作还显得生硬,也缺乏表现力,但是,足以让这位梦想重新站立起来的少女幸福得快晕过去了。又过了一个月,艾美的舞姿已经跟常人无异。
  艾美站立起来的消息让所有人在震惊的同时也为她感到欣喜。2007年2月16日,伦敦为苏丹难民举行募捐演出,组委会特别邀请了艾美与大牌明星克伦艾尔、玛丽奈等同台演出,在马尔万教授的操控下,她的翩翩舞姿令全场观众为之倾倒。
  这项医学成果的问世,在英国引起了极大的震动。英国皇家科学院、欧盟科技发展委员会纷纷发表声明,认为这项成果不但为无数全身瘫痪的患者带来了光明,而且它将生物科学、电子科学和材料科学首次紧密地联系在一起,它所包含的开拓性创新思路,也必将为医学发展提供更广阔的空间。
  然而,反对的声浪也一浪高过一浪。一些人权组织愤怒地声讨这项技术,认为它利用技术手段,剥夺了人的自由意志,使患者行动处于被人控制的危险境地。而且,这也是一些梦想对人类进行精神控制的阴谋家们所乐于见到的。如果人类在此基础上发展下去,有可能走入由机器控制人类的可怕误区之中。
  孰是孰非?人类的技术手段向何处发展?这项技术成果给人类提出了一个值得深思的问题。
  (摘自《知音》)
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