人类与机器融合

重 要 看 点

瑞典科学家开发了一款先进的仿生手，可以通过钛合金与截肢患者的骨骼相连，接收患者大脑传出的指令，还能向大脑发送信号。

科学家已经开发出了人工耳蜗、人造视网膜，还开发出了人造心脏。通过与机器融合，身体功能受损的患者的生活质量将得到明显改善。

大脑具有可塑性。在2021年的一项研究中，志愿者经过几天的学习后，很快掌握了如何使用一根额外的机械拇指。

瑞典女性卡琳在一次农耕事故中失去了右手和部分右侧小臂，导致她的生活发生了巨大改变。但在尖端技术的帮助下，她拥有了一只几乎和以前一样灵巧的机械手臂。

51岁的卡琳如今已经成了一名“赛博格”（cyborg）：人类与电子机械的融合体。作为一个“半机械人”，她的机械手臂牢牢地固定在右侧手臂的骨骼上，并与肌肉和神经相连。

机械手臂非常先进，卡琳能利用它做出各种各样的动作，甚至恢复了右手的部分触觉。

卡琳是世界上第一个受益于这一革命性技术的人。目前，将人与电子设备连接起来的技术正在飞速发展。除了截肢患者，瘫痪患者也将受益：通过被植入大脑的电子设备，瘫痪患者可以重新站起来。

虽然科学家目前主要致力帮助瘫痪患者和截肢患者提升生活质量，但在未来，这种技术很可能改变所有人的生活。

我们的大脑潜力非凡。研究表明，人类大脑可以很快学会控制各种人造的身体部位。“赛博格时代”也许并不遥远。

将义肢连接在骨骼上

理想的义肢应该像真正的肢体一样强壮、灵活。更重要的是，对使用者来说，作为身体某一部位的代替品，义肢必须易于操控，否则再好的义肢也无济于事。目前，在改善义肢的操控性方面，科学家已经取得了重大进展。

传统义肢通常直接被安装在残肢上，非常笨重。人们在使用时，常常因为义肢与残肢相互摩擦而产生痛感。这些义肢的功能也很有限，使用者只能实现几个非常简单的动作。

与传统义肢不同，电子仿生手可以通过接收残肢的肌肉发出的肌电信号来工作。

事实上，人体是通过收缩肌肉带动骨骼来完成各种动作的，这个过程受神经系统调控。肌细胞在被神经细胞发出的电信号激活后，就会产生肌电信号。

卡琳的机械手臂就是这样一款能够接收肌电信号的电子仿生手。

但是，要稳定地采集肌电信号并不容易——肌肉产生的电信号极其微弱，如果科学家仅仅把电极贴在皮肤上，采集过程很容易受到其他设备产生的电磁信号的干扰。

因此，卡琳的机械手臂是直接与骨骼、肌肉相连的。除了可以更好地采集肌电信号，这样的机械手臂还有一个优势：传统义肢很少能让人感觉像是身体的一部分，但卡琳感觉到，这只机械手臂几乎已经成为她身体的一部分。

瑞典仿生学和疼痛研究中心的科学家马克斯·奥尔蒂斯·卡塔兰（Max Ortiz Catalan）及其同事开发了这款机械手臂。他们通过手术，在卡琳小臂的骨骼中植入了钛合金基座，延长了被截断的桡骨和尺骨，并将机械手臂安装在了钛合金基座上，从而将机械手臂与卡琳的骨骼连在了一起。

在这一突破性的手术中，科学家还重新布置了卡琳残肢内的神经束（聚集在一起的神经纤维）和肌肉组织，以便稳定地采集与右小臂和右手肌肉组织有关的肌电信号。

具体来说，医生为卡琳的残肢移植了新的肌肉组织，以代替卡琳失去的右小臂和右手的部分肌肉组织，并将多条控制右小臂和右手动作的神经束转移到了这部分移植的肌肉组织中。同时，医生向移植的肌肉组织植入了电极，用以采集肌电信号。

什么是赛博格

“赛博格”一词源自英文“cyborg”，“cyborg”是“cybernetic organism”（译为控制论有机体）的缩写。

1960年，美国科学家曼弗雷德·克莱因斯（Manfred Clynes）和内森·克兰（Nathan Kline）在论文《赛博格与空间》（Cyborgs and Space）中首次提出了“赛博格”的概念。他们最初的设想是通过机械装置或技术来增强人类的身体机能，从而使人类能够适应太空中的极端环境。如今，技术的发展正在推动人类与机器的融合，越来越多的人也正在因此受益。

让仿生手成为身体的一部分

通过手术，科学家将仿生手与截肢患者的骨骼、肌肉和神经系统连接起来。仿生手牢牢地固定在骨骼上，还能与大脑进行双向通信，就像一只真正的手。

用仿生手拿起一枚鸡蛋

通过创造性解决方案，电子仿生手实现了大脑与仿生手之间的双向通信。

具体来说，大脑可以通过神经束向肌肉传达运动指令，而仿生手从肌肉组织采集到肌电信号后，就可以做出相应的动作。反过来，当仿生手接触到物体时，大脑也会收到反馈。

有了这些反馈信息，仿生手的动作幅度、力量都能得到更加精准的监测和调控。这个过程甚至不需要使用者进行有意识的思考——他们在操控仿生手时，就像使用自己的手那样自然。

卡琳已经使用电子仿生手4年了。在那次意外发生后，得益于仿生手的帮助，她的生活并没有受到明显影响。

现在，卡琳可以自如地操控仿生手，因为仿生手的控制信号就源自她的大脑。此外，通过一种直接包裹着神经纤维的电极——袖套电极，她的大脑能够接收到仿生手产生的反馈信号，因此她可以感觉到自己按压物体的力度。

此外，由于电子仿生手与卡琳的神经系统直接相连，她终于不必忍受幻肢痛的折磨——虽然患者已经失去了肢体，但他们仍能感受到来自失去部位的疼痛。很多截肢患者都经历过这种痛苦，这种疼痛主要源于神经系统的失调。现在，卡琳能拉拉链、做饭，

还能拿起易碎的鸡蛋或柔软多汁的浆果。也就是说，她基本上能够应对日常生活中的大多数工作。

卡琳的电子仿生手是迄今为止最精密、最先进的仿生手之一，但科学家仍在改进，希望能赋予仿生手感觉功能。

人造触觉

触摸物体时，我们不仅能感受到皮肤接触物体时产生的压力，还能感受到物体表面的质地和温度，这就是触觉。现在，义肢也能收集这些信息，并向大脑传递信号。

科学家开发了一种名为MiniTouch的设备。在2024年的一项研究中，科学家将它集成在了一名男性的小臂义肢中。研究证明，截肢患者能够通过义肢中的MiniTouch设备感知装有冷水和热水的容器温度上的差异，甚至能通过它感受他人的体温。

科学家还开发出了能够识别纺织品材质的人造皮肤，其中集成了能够检测压力和振动频率的传感器。当装有这种人造皮肤的义肢指尖触碰到各种纺织品时，人工智能算法会对人造皮肤采集到的数据进行分析，从而灵敏地分辨出尼龙、亚麻和涤纶材质。这项技术有望给截肢患者带来更加真实的触觉体验。

人与机器的融合不仅可用于再造失去的肢体，科学家还在研究能让腿部瘫痪或肌肉萎缩的人重新行走的设备。

2019年，一名高位截瘫的28岁法国男子在机械外骨骼的帮助下，实现了短暂的行走。

科学家在这名患者大脑的感觉运动皮层附近植入了两枚芯片，采集与运动相关的脑电信号，计算机则会将脑电信号转换为操控外骨骼的指令，从而驱动外骨骼带动人体行走。

对于有些腿部失去运动能力的瘫痪患者来说，他们可以选择另一种解决方案。如果瘫痪是由大脑和腿部之间的神经纤维断裂引起的，如今医生可以重建神经连接，进而帮助患者恢复运动能力。

2023年，科学家在一名脊髓神经受损的荷兰男性患者的大脑和腰骶部脊髓分别植入了电极，并在两个电极之间建立了无线连接，从而恢复了脊髓神经与大脑之间的通信。

之后，这名患者可以自己站立、行走，甚至能在有人搀扶时上楼梯。植入患者体内的两个电极具有不同的功能。大脑中的电极会采集大脑神经细胞发出的电信号，将其传输给配套头盔。头盔将对脑电信号进行分析，然后向腰骶部脊髓的电极发送运动指令。脊髓中的电极在接收到指令后，能够控制腿部肌肉，完成动作。

这种在大脑和外部设备之间建立连接的技术被称为“脑机接口技术”，可能帮助数以百万计的截肢患者或瘫痪患者。

对于英国女性萨拉·德·拉加德（Sarah de Lagarde）来说，新技术不仅帮助她恢复了手部功能，还让她获得了可以旋转360°的“超级手腕”。

拉加德在2022年不慎跌入火车与站台之间的缝隙，遭火车碾压，因此失去了一只胳膊和一条腿。现在，她有了一只构造精密的仿生手。通过计算机和残肢内的电极，她可以用意念控制仿生手。与这只仿生手相连的是一个可以旋转360°的人造手腕，而普通人的手腕的活动范围是有限的。

拉加德说，自己80%是人，20%是机器人，而且希望科技能赋予她更多的“超能力”。

未来，这是有可能的。

额外的机械拇指

我们通过感官来接受外界的各种刺激，而各种感官体验形成于大脑。我们的大脑具有可塑性，除了我们的耳朵、眼睛等感官向大脑输入的信号，大脑还能适应传感器传来的信号。这意味着人类可以拥有全新的感官功能，比如检测有毒的化学物质、接收红外线，或者拥有像红外线成像仪一样的热辐射成像能力。

我们还可以学习使用新的身体部位。在2021年的一项研究中，20名志愿者学习了如何使用一根额外的机械拇指。这根额外的手指被固定在志愿者的手部，志愿者可以通过脚底的压力传感器来操控它。

志愿者很快就学会了如何在日常生活中使用这根机械手指。对大脑的功能性磁共振成像 （fMRI）扫描结果显示，在使用机械手指一段时间后，志愿者的大脑发生了相应的改变。

科学家还在研究可以被植入大脑皮层并读取大脑信号的计算机芯片。科学家的初衷是帮助全身瘫痪的患者恢复与外界交流的能力，但从理论上来说，这项技术还可以用于许多其他场景。

如今，脑机接口设备采集脑电信号的能力变得越来越强，人工智能系统也正在变得更善于解读这些信号，这使得这项技术在未来拥有无限可能。

未来，大脑或许能够直接连接互联网，我们可能不需要动一根手指就能更换电视频道或打开咖啡机，还可能在没有手机或键盘的情况下在网上搜索信息。精密的芯片也许还能直接成为大脑中的一个新的高级神经中枢，这样我们就能拥有更强的记忆力和计算能力。

我们的身体功能也可能发生一些改变，但不是通过缓慢的演化，而是在新技术的帮助下更快地得到增强，科技将彻底改变“人类”一词的定义。

不过，如果人类真的进入那个阶段，如何界定人类与机器的界限将成为一个问题。

欢迎来到“赛博格时代”

新技术和新设备可以使人体受损的功能得到恢复，甚至能够直接替代人体的某些部位。全世界已有数百万人因义肢和植入物受益。