没有眼睛的锐利、鼻子的敏感、耳朵的聪灵,偏安口腔的舌头显得颇为低调,似乎品尝美食就是它最大的用处了。但往往最低调的也是最有潜力的。随着科学家对感觉系统研究的逐步深入,舌头也有了一些十分奇妙的用途,这些用途未来可能广泛地出现在部分特殊人群的日常生活中。
据《科学美国人》杂志报道,美国一家公司去年底开发了一种非植入式装置,依靠病人舌头表面的神经,把光信号传输到大脑里去,帮助视觉受损的病人重“见”大千世界。麻省理工学院出版的《技术评论》杂志则报道说,南非研究人员日前研制成功了用舌头驱动的人工喉,让一些哑巴能重新发出声音。此前,美国佐治亚理工学院研究人员还研制出用舌头驱动的轮椅装置,也曾引发广泛关注。
舌头的各种功能给科学家们留下了深刻印象,例如传导光信号及其他感觉信号,提供精确感知的动力。虽然基于这些功能的装置尚处于试验阶段,但从发展趋势来看,它们只是目前人体感觉系统科学研究成果的一小部分。或许对普通人来说舌头仍是那么低调,但对部分器官失能的特殊人群如盲人、聋哑病人,充分利用健全的舌头是十分有必要的,对舌头代行视觉、听觉甚至行走功能的迫切需要,也将推动相关研究继续前进。
舌头打开视觉新航道
“人类并不是用眼睛,而是用大脑来看见事物的。”上世纪60年代,已故美国神经学家保罗·巴赫伊丽塔的这句论断曾引起不少争论,因为在那个计算机科学、新材料技术、微电子技术尚不发达的年代,这样的话听起来未免缺乏根据。然而这句话却当之无愧地成为当代视觉替代系统——利用电子装置另辟视觉通路,让舌头和大脑连通——的先声。这种装置的工作原理是,依靠病人舌头表面神经把光信号传输到大脑里去。
美国威斯康星州米德尔顿Wicab公司最近推出的一款名为“大脑港”(BrainPort)的设备,就较好地用舌头解决了视力问题。这套装置基于如下构造和原理:
一个微型数码摄像机被嵌置在太阳镜镜片中间的镜架上,负责收集可见光数据。用户戴上这副特制的眼镜后,可见光数据将被传递到一台手持式主机上,它能完成控制镜头缩放、调整光学设置等功能,还能将数字信号转换成电子脉冲。中央处理器处理后的信号,通过被昵称为“棒棒糖”的装置传送到舌面。“棒棒糖”是一块9平方厘米大小的电极组,直接贴合在舌面上。舌面似乎是感知电流的理想器官,而唾液也是一种良导体。
“棒棒糖”上的每枚电极都对应于一组像素。舌面下的神经纤维接收到不断传来的电子信号,给使用者带来的感觉有点像在吃跳跳糖(一种放进嘴里会噼啪作响的碳酸糖果)。非营利性视觉康复和研究组织——灯塔国际的研究主管威廉·塞佩尔介绍说,通常使用这套装置15分钟后,盲人就能学会如何理解它所获取的周围空间信息。如果摄像机在一条黑暗走廊的中间检测到发光物,电极阵位与像素的对应关系,就会让电脉冲刺激出现在舌面中部。“有位盲人第一次‘看见’字母后,激动得哭了。”塞佩尔说。
简单说,“大脑港”的作用是利用数码摄像机——主机——棒棒糖——舌头——大脑的通路,替代了人类眼睛——大脑通路。虽然感觉新通路颇费周折,视觉效果也不能与眼睛成像同日而语,但毕竟取得了部分成功。
用舌头驱动电子喉
舌头的位置不可谓不险要,外抵唇齿,内扼咽喉,研究人员就想到了利用它与咽喉相连这一特点,帮助喉头被切除的病人发出“真人音”。据美国国家癌症研究所公布的数据,每年约有1万名美国人被诊断患喉癌,一些晚期喉癌病人的喉头不得不切除,只能在仪器的帮助下发声。目前市场上已出现了一些帮助这类病人的仪器,但由于技术上的困难,患者只能发出很难听的声音,或很奇怪的“机器音”,给日常生活带来不便。
南非威特沃特斯兰德大学的科学家们设计出了一种声音矫正装置,以解决这个问题。从表面上看,这款装置颇像畸齿矫正器,它利用118个嵌入的接触式传感器,感知舌头对牙齿的接触,从而追踪说话时的舌头运动,最终利用声音合成器输出使用者的“真人音”。这个装置最关键的地方,是一款将真人发音转化成合成音的软件,初步试验表明,转化的准确率达到了94.14%。但考虑到不同病人的发音系统及用语习惯的区别,总体准确率可能降低,并且还需要解决模糊发音校正等问题。
英国霍尔大学也利用舌头的运动机理另辟蹊径,试图解决喉头被切除病人的发音问题。他们在病人口中置入磁体。舌头运动时会产生磁场的变化,吐出不同单词对应的磁场变化是不同的,这种固定的对应关系能被仪器监测到,仪器再根据磁场变化规律还原发音。霍尔大学已在嘴唇、喉部和舌头等不同部位尝试过效果,目前还没决定将磁体最终安装在哪里。
靠舌头驾驶轮椅
小小的舌头还可作为动力驱动装置,信不信?当然了,是间接的。2008年7月,美国佐治亚理工学院电子和计算机科学系的研究人员宣布研发出了一项新技术,可以使史蒂芬·霍金那样严重残疾的人,通过舌头来控制轮椅或计算机。该技术是将一颗米粒大的磁铁穿入舌头,在外形如牙套或头戴式耳机般的配套设备中嵌入磁铁传感器,以跟踪舌头的运动,并将信号无线传递给附近的便携式电脑,最后通过电脑指挥轮椅运动。
如今,研究小组在负责人梅萨姆·郭瓦罗副教授的带领下仍不断改进相关技术。去年6月,他们发表论文详细叙述了改进后的技术细节:通过设定6种舌头运动,让舌头起到控制杆的作用,来指导电脑屏幕上的光标或转动轮椅。研究人员希望推进这一“舌头驱动系统”技术,使用户最终可以用牙齿做键盘。
郭瓦罗表示,之所以选择舌头来替代手脚,是因为舌头的功能是由大脑通过一根颅神经控制的。在患有严重脊髓疾病或神经肌肉疾病的患者中,颅神经通常可以正常工作。郭瓦罗表示:“与其他肢体运动相比,舌头运动更快、更准确,且不需要太多的思考,也不用注意力太集中。”
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