对一个身体健全的人来说,假如想象自己因脊椎损伤而致残时,大概不会将小便失禁列为其所要面临的问题之首。但是对一个残疾人来说,小便失禁极有可能是他需要考虑的首要问题。为此,研制电子膀胱控制装置就不是一个天真的想法了;而这也正是匹兹堡大学的威廉·格罗特(William Groat)正在进行的一项课题。

 

　　格罗特博士是美国科学促进会(AAAS)智能弥补术领域的发言人之一。对于大多数热衷于观看20世纪70年代电视剧《有600万美元的人》的观众来说,他们更愿意称“智能弥补术”为“仿生术”——尽管这些研究是构建并行的神经系统。

 

　　健康人的膀胱由大脑控制,有一套控制其松弛和排空液体的括约肌收缩神经系统。当膀胱壁上的牵张传感器告诉大脑其处于绷紧状态时,大脑便向其发出松弛的信号(其程度取决于牵张传感器信号的强弱)。

 

　　如果因脊髓损伤致使从膀胱到大脑的联系通路中断,那么受损部位以下的神经组织通常会自我修复,再生一个新的膀胱刺激—反射系统。但是再生系统的工作性能往往不尽如人意,膀胱既不能准确地充满,又不能及时的清空;而格罗特设计的电子膀胱控制装置旨在通过连接括约肌的特殊神经发出的信号来解决这一问题。

 

　　以动物为对象的实验已证实这一信号能控制新的膀胱刺激—反射系统:低频电刺激促使尿液存储,高频电刺激促使尿液释放。尽管这一装置不能恢复患者自如小便(患者不知道他们什么时候需要小便),但在膀胱没有恢复的情况下排尿更彻底,很大程度上避免了尿频———不仅降低了小便失禁的概率,而且也减少了膀胱感染的风险。

 

　　在解决了尿路问题后,因脊髓受损导致瘫痪的病人还希望能够恢复活动的能力。克利夫兰市华盛顿天主教大学的亨特·佩卡姆(Hunter Peckham)和罗得岛布朗大学的约翰·多诺霍(John Donoghue)正在协助他们实现这一目标。

 

　　目前,佩卡姆博士正在设计的一种神经系统可以帮助患者采集自身颈椎和肩部肌肉发出的信号(这些肌体参与常规的胳膊和腿的运动)。当肢体运动时,通常整个身体的姿势会发生改变;而在肢体运动的同时,关于大脑意图的一些有用信息就可以被解读出来。

 

　　此时,连接颈部到腹部的电极将信息从一个小盒子传送到另一个小盒子(后者安装在皮肤表层并内置一个微电脑处理器),这两个“盒子”暂时构成了替代脑以指挥神经系统。根据接收到的信号,再决定给哪一条胳膊或者腿发出信号,甚至可以根据大脑的指令来判断需要给多少块肌肉群发出信号。每一块相关的肌肉都与内部“盒子”建立了通信(靠外部“盒子”发射的电感应信号提供能源),而需要联系多少块肌肉群的信息则被编码成电脉冲信号传输到每一块肌肉。现在,一些参与实验的瘫痪病人可以抓取东西、站立甚至行走——尽管是在助行架的帮助下实现的。

 

　　多诺霍博士的系统功能似乎更先进。他试图尝试采集直接来源于大脑控制中枢的信号,并用这些信号操作一些人工器械,比如机械手或者轮椅。经过了在猴子身上的实验,目前他正在对4位瘫痪病人进行实验———每一位患者的大脑被植入由100个微电极组成的阵列——旨在使这些病人能够用机械臂和手来控制目标。

 

　　下一步的工作就是将两者的研究结合起来,即用多诺霍的大脑植入微电极指挥佩卡姆的“盒子”。如果成功,这就和真正意义上的人工神经系统相差不远了——可以忽略掉患者原本已失效的功能部位,而且这种产品的价格肯定大大低于600万美元。