东南大学王志功

2010年01月27日 14:45  cctv.com 我要评论

实验目的:通过“微电子神经桥”发明技术和3G无线互联网传输技术实现千里之外两只蟾蜍坐骨神经信号的互通和两条腿的互感互动。

实验意义:

1) 两个远隔千里的高等动物之间能否实现互感互动是一个有趣的话题。从科学理论上来讲,如果两个动物之间没有任何物理上(声、光、电、机械等)的联系,要达到互感互动是不可能的。迄今为止,人类已经通过有线和无线电话、电视、互联网等多种技术实现远隔千里万里的信息交流,实现了“顺风耳”和“千里眼”的古代神话描述。然而,有一种设想目前还没有实现,那就是“身临其境”,感受“冷暖”、“触摸”等皮肤感觉。本实验的一个目的,就是让本地的动物能够感受到千里之外动物的皮肤感觉,产生类似的动作反应。该实验因此具有重要的科学意义。

2) 多年以来,已有人在为瘫痪病人康复设计控制肢体运动的功能电刺激装置。由于人们现在还不知道人体的哪怕是一种最简单的运动所对应的神经编码是什么,所以用构思的电脉冲编码作控制信号产生的肢体运动与正常人肢体运动的自由度与和谐度相去甚远。根据本实验设想的方案,就是将健康人运动相关的神经信号探测出来,通过“微电子神经桥”和无线传输技术与瘫痪病人的运动控制神经系统联系起来,从而使瘫痪病人的肢体在健康人动作相关神经信号的控制下,完成类似的和谐动作,达到康复锻炼的目的。该实验因此在实现截瘫病人康复方面具有重要的应用价值。

3) 现代太空、深海、化学、高温、核辐射等环境下和战场上的机器人主要靠预先编写好的程序加上“人工智能”在计算机控制下开展活动的。即使能够遥控,也是通过改变操作指令实现的。复杂的动作指令常常是难以实时完成编写的,因而即使是人能够通过装在“机器人”头上的录像设备观察到现场情景,但由于无法即刻将控制意志转化为操作指令发送到“机器人”的控制系统完成操作,可能是眼睁睁的“束手无策”。本实验设想的方案,就是将处在千里之外的(动物)机器人(目前是实验动物)的信息系统通过“微电子神经桥”和无线传输系统(目前采用3G无线互联网传输系统)与本地人(目前也是实验动物)相关的神经系统联系起来,使异地的(动物)机器人在本地人动作相关神经信号的控制下,完成类似的高难动作,从而实现特种环境下的特种任务。该实验因此在国防和航天等方面具有重要的应用价值。

前期实验:迄今为止,我们已经完成了如下实验:

1)  单只蟾蜍左腿坐骨神经信号到右腿坐骨神经的有线再生传递,实现了在体两条腿在外部电刺激下的同步颤动。

2)  1所示蟾蜍两条分离的左右腿坐骨神经之间神经信号的有线再生传递,实现了两条腿在外部电刺激下的同步颤动。

3)  2所示两只蟾蜍坐骨神经之间神经信号的有线再生传递,实现了两条腿在醋酸刺激下的同步缩腿动作(重要进展)。

4)  两只蟾蜍坐骨神经之间神经信号的短距离无线再生传递,实现了两条腿在外刺激下的同步缩腿动作。

5)  3所示两只蟾蜍坐骨神经之间神经信号通过互联网的长距离再生传递,实现了相距约500米的两只蟾蜍左腿在醋酸刺激下的同步缩腿动作。

6)  4所示两只蟾蜍坐骨神经之间神经信号通过3G无线接入和互联网的本地再生传递,实现了同一地点两只蟾蜍左腿在醋酸刺激下的同步缩腿动作。

本次实验方案:

本次实验是图4所示方案的扩展:即两只实验蟾蜍分别放在北京和南京的两个实验室内,即把它们之间的距离拉远到1000公里。

之所以采用3G无线接入是为了增加目前实验和将来应用的灵活性,而采用互联网的目的是为了利用已经在全球建立的互联网通信网络增加神经信号的传送距离。

同样为了彻底排除由于电刺激引起的伪迹造成两只蟾蜍的同步动作,采用化学刺激5%醋酸0.05ml)方式。

实验准备:制备两只去头蟾蜍使其俯卧,于左腿右侧大腿背内侧纵行剪开皮肤,分离股二头肌和半膜肌,暴露坐骨神经,在坐骨神经上按图4所示方式安装电极。信源去头蟾蜍上的探测电极用自制的钩状电极(测得的复合信号较大);受控的去头蟾蜍坐骨神经上进行功能电激励用的是Microprobes公司生产的卡肤电极。

实验过程:

去头蟾蜍在没有外界刺激的情况下是不动的。用滴管将5%醋酸1滴(0.05ml)滴到信源去头蟾蜍的左脚脚趾上,由于条件反射,信源去头蟾蜍的左腿坐骨神经会诱发神经信号,信源去头蟾蜍的左腿作出缩腿的动作。此时,采用自制的钩状电极检测左腿坐骨神经上的神经信号(由本地示波器监测),并将检测到的神经信号通过本地电脑的3G移动通信无线端口送与互联网接通,千里之外的另一台电脑也通过3G移动通信无线端口接收来自互联网的信号(由异地示波器监测),并经再生电路放大处理后作为受控去头蟾蜍功能电激励用信号源,发现受控去头蟾蜍的左腿产生与第一只蟾蜍类似的缩腿动作。

     

责编:张亦弛

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