“高端”义肢和人造脏器的未来

    从“残肢的尴尬”到“酷元素”

    贝托尔特·梅尔卸下左前臂递给我。这条假肢看起来像极了iPhone手机壳——平整、乌黑，手掌处罩着一层硅胶。在这层“皮肤”之下，包裹着如同骨骼一样的机械手指，和你在科幻电影中看到的一模一样。梅尔将这一切称为“酷元素”。

    “这么轻。”我掂着机械手臂，感叹道。

    “的确，它只有几磅重。”梅尔答道。交谈时，我的目光尽量避开他左臂的残肢。他并未察觉，继续向我解释机械手臂的操作原理：“它通过吸力附着在残肢上，手臂上那层硅胶能让假肢与断肢密接起来——它得既舒适又贴身才行。”

    33岁的梅尔住在瑞士，身材纤细，皮肤黝黑，脸上透着和善。出生时，左侧小臂只有两三厘米长，3个月大的他便开始佩戴第一条义肢。它并不能动，只为了让他适应外来物的附着。5岁时他又得到一条带钩子的义肢，可以用肩膀上的束带加以控制，但他不怎么喜欢，“因为束带会让身体极度不适”。

    如今的仿生手克服了这些困扰。制造商触摸仿生公司为这条神奇的手臂取名“i肢”。它通过塑模内的两个电极进行控制，其中一个负责“张开”，另一个掌管“合拢”。若同时刺激两个电极，手腕还可以360度旋转。

    做到这一切并不复杂，使用者的断肢会释放肌肉信号，刺激电极控制手臂动作。“这有点像练习侧位停车。”说着，梅尔翻转手腕并张开手掌，尽管最初有些吃力。

    技术革新将仿生学带进新纪元——不仅是义肢，研究人员还做出了可代替脾脏、胰脏、肺等器官的人造脏器，甚至为四肢麻痹者开发出令大脑与计算机相连的“人造脑”技术。

    人的器官被替换到何种程度，仍可称之为人？

    梅尔是瑞士苏黎世大学的社会心理学家，自身经历让他对仿生技术近乎痴迷。

    过去5年，科技呈现爆发式发展，梅尔是这一切的见证者。在我们聊天的同时，附近一座建筑里有不少人在为一场新奇的展览忙碌——机械师花几个月从世界各地收集各类义肢和人造器官，尝试组合出某种全新的“仿生人”。

    当我第一次见到“仿生人”时，它顶多算一堆散乱的零件。现在，这台初具人形的机器人，向我们展示了人体究竟有多少器官可以被电路、塑料和模型替换。为了增加效果，仿生人的脸被做成梅尔的样子。由于没有大脑和神经系统，仿真人的“i肢”通过电脑或蓝牙进行独立控制。

    该项目执行总裁瑞奇·沃克表示，他的团队已能造出人体半数以上的器官。

    尽管多个人造脏器不能在体内共存，但随着仿生学飞速发展，一个问题日益困扰着神学家和生物伦理学家——人的器官被替换到何种程度，仍可称之为人？

    替换后的器官是否会提高或干扰病人与他人建立联系的能力，被视为判断这一问题的关键。

    人们似乎取得了某种共识，比如让中风者恢复行动能力或让盲人重见天日，并不会使之成为“非人”。但将人脑的一半换成超级电脑呢？或者赋予其感知光的波长、声音的频率等远超常人的能力呢？

    严格来说，这样的人或许不能再被称之为“人”，尽管这种改变仅仅是在人体基础上进行了强化。

    战争催生义肢制造业的发展

    纵观历史，失去肢体的人多数轻则感染重则死亡，而生来残缺者难逃被遗弃的命运。

    已知的最古老假肢出现在3000年前的埃及。那是一根附着皮革的木雕脚趾，刚好可以用皮革套在脚上。

    直到16世纪才出现功能性的机械肢体。法国战地医生安布鲁瓦兹·帕里发明了有着灵活手指的假手，利用钩子和弹簧操作。他还制造了一只机械膝，使用者可以借其站定在某个位置。

    在美国，直到南北战争时期假肢才首次被广泛利用。彼时，将碎裂的手或腿截去，是防止坏疽的最好方法，有经验的外科医生只需几分钟就能完成麻醉到缝合的整个过程。这场战争造成约6万美国人截肢，而存活率达到75%。

    紧随其后的是假肢需求量的激增。政府不得不介入，并为接受手术和义肢的军人埋单。

    战争促进了义肢制造业的发展。以一战为例，仅德国就有6.7万人截肢，医生埋头开发新式义肢，好让退伍军人在工厂找到饭碗。二战后，塑料、钛等新型材料被引入义肢制造领域，引领了技术飞跃。

    在麻省理工学院生物物理学家休·赫尔看来，战争和冲突令义肢制造业日新月异，伊拉克和阿富汗的战争也不例外。2006年以来，美国国防部高级研究计划局已在义肢研究领域投入约1.44亿美元，1800名截肢士兵从中受惠。

    不过，用于改进义肢的政府拨款正日益减少。“战争接近尾声，相关研究经费自然要枯竭。”整形外科医生罗伊·亚伦预言。

    最大挑战来自人体防御系统

    2011年4月，美国布朗大学研究者取得了重大突破：人脑直接向机械手臂传递信号。58岁的志愿者凯西·哈钦森四肢瘫痪，从未移动过胳膊和腿。实验结束后，凯西能操作机械手臂握住瓶子、送到嘴边喝水了。

    神经外科医生在凯西头骨上打了个小洞，把一片阿司匹林大小的传感器植入大脑运动皮层，控制她的身体动作。传感器外部有96个细如发丝的电极，能检测到神经元发出的电子信号。当她想完成某个动作，比如抬起左手抓住瓶子时，神经元就会触发与该动作相关的特定电脉冲模式。

    神经科学家首先让凯西对动作进行联想，电极捕捉到神经元搏动所发出的电子模式，传送到摆在她轮椅旁的外部计算机上。接下来，研究者将每种模式编译成一个命令代码，传至控制机械手臂的电脑上，大脑就可以操纵机械手臂了。

    “整个研究浓缩在一帧视频画面里，那就是凯西微笑着放下瓶子。”布朗大学神经学家、该计划负责人约翰·多诺霍说。

    多诺霍希望最终实现大脑与仿生肢体的直接互动。他的另一个目标是开发植入体，消除大脑与计算机间的连线，使用者可以四处活动，且不会因电线穿透皮肤而感染。

    目前，最棘手的挑战来自人体防御系统。“如果你把什么东西放进去，整个免疫系统会试图将其孤立起来。”英国德蒙特福德大学制药学教授琼·泰勒教授说。她正致力于人工胰脏的研究。

    人工胰脏不含电路、电池或移动部件，由凝胶阻片调节和贮存胰岛素。当人体血糖水平升高时，过剩的葡萄糖将软化凝胶，释放胰岛素。葡萄糖水平降低后，凝胶重新凝固，胰岛素随之减少释放。泰勒计划把人工胰脏植入人体最末一节肋骨和臀部之间，需要每隔几周补充一次胰岛素。

    不过，在猪身上测试人工胰脏时，免疫系统发生排斥，形成了疤痕组织（又称粘连）。“它们好像粘在内部器官上了，”泰勒说，“收缩会造成疼痛，还会导致其他严重问题。”

    对制造商来说，更重要的问题可能是血。遇到外来物质时，血液就会凝结。制造人工肺时这一障碍尤其突出——血液必须从人工肺叶纤细的合成血管中穿过。

    仿生市场太小，你得先打赢“金融战”

    未来，仿生器官的制造商不仅要解决各种技术难题，还需要打一场艰巨的金融战——仿生产品市场太小，投资它不像投资脸谱网或谷歌，无法让人大赚数十亿美元。

    研发一种人工脏器可能历时数年，短期内难以看到效益，私人投资者不爱介入。美国伍斯特理工学院调查发现，一副机械上肢的价格普遍在2~12万美元间，残障人士往往要靠保险公司赔偿才付得起。而保险公司承担的金额又十分有限，且只能涵盖一件设备。现在，几乎所有保险公司都在质疑，义肢有没有必要“太高端”。

    好消息是有趋势表明，技术发展将使价格日益低廉。如今，发达国家的居民日渐长寿，他们必须克服随之增加的“身体故障”。在美国，造成下肢截肢的首因并非战争，而是糖尿病——它会给四肢的血液循环造成障碍。

    生物物理学家赫尔认为，最新的仿生义肢虽然更昂贵，却能减少其他方面的医疗支出。“腿部截肢人士使用低技术义肢时，易得膝关节炎、髋关节炎等病症，然后频繁使用药物来止疼。”赫尔说，“这造成出行不便，也令他们更易患上心血管疾病和肥胖症。”

    帕特里克·凯恩15岁，是仿生义肢最年轻的受益人之一。他健谈，戴粗框眼镜，有一头纤细的金发，喜欢义肢给他的感觉。“以前，人们看到我会惊呼，‘哦，他怎么了？可怜的人！’但现在他们说，‘那是什么？真酷！’”他在咖啡馆里告诉我。

    果然，隔壁桌的老者对凯恩的仿生手产生了兴趣：“我得说，它看起来太棒了，简直就像蝙蝠侠的手臂！”接着，凯恩为他“秀”了下i肢的操作。

    技术不仅改变了凯恩，也改变了人们看他的目光。

    未来几十年，尖端科技或许会为他带来更多改变，他的生活或许将充满科技奇迹——新的手和脚让他在各方面更接近所谓“健全人”，甚至超越他们。

    或许这一天不会很快到来，但当我看到凯恩敏捷地穿过马路走向巴士站时，我知道他会过得不错。

    美国《史密森尼》杂志