2010年1月20日，由东南大学射频与光电集成电路研究所所长王志功教授和生物电子学国家重点实验室副主任吕晓迎教授共同主持的一场别开生面的科学实验在东南大学（位于南京）和中国康复研究中心（位于北京）的两个相距1000公里的实验室成功举行。
这次被称之为“利用‘微电子神经桥’和3G无线互联网传输技术实现千里之外两只蟾蜍的互感互动”实验中，来自这两个团队的3名教授、2名教师和8名研究生（4名博士生和4名硕士生）组成了北京和南京两个实验小组，采用了该团队设计的两“座”微电子神经桥、两对儿带3G无线上网USB接口的笔记本和一套会议电话系统。其中一对儿带3G无线上网USB接口的笔记本用来实现两个动物神经系统的远程无线互联。另一对儿带3G无线上网USB接口的笔记本用来传递实验图像，并将双方场景摄像显示在同一个屏幕上。该实验之所以采用两对带3G无线上网USB接口的笔记本是为了保证神经信号传递能够尽可能保持畅通。会议电话系统用来实现两个试验小组之间的通话联系， 以保证两地试验的同步进行。
在北京蟾蜍“感动”南京蟾蜍的实验中，北京实验小组在坐骨神经已与微电子神经桥发射端连接的蟾蜍脚趾上滴上一滴5%的醋酸，刺激该腿产生缩腿动作，并在坐骨神经上产生出神经信号（该神经信号波形通过示波器监视）。发射端微电子系统将此神经信号放大处理后通过3G无线互联网传送到南京，南京的接收端将北京蟾蜍坐骨神经的信号接收、处理后去刺激本地蟾蜍的坐骨神经。这时，实验双方都明确观察到了南京蟾蜍做出和北京蟾蜍相似的缩腿动作。反过来，南京的实验蟾蜍缩腿时，其坐骨神经上的神经信号传送到北京后也控制北京的实验蟾蜍产生类似缩腿动作，两地的实验得到了相同的结果。从而，验证了千里之外两只蟾蜍可以实现互感互动的科学设想。
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，那就是痛、温、触、压等皮肤感觉和肢体运动两种神经信号的远程传递和再现。此次东南大学王志功和吕晓迎两位教授共同主持的这次科学实验的目的之一，就是让本地的动物能够通过微电子神经桥和3G无线互联网感受千里之外动物的神经信号，产生类似的动作。因此，这一实验具有重要的科学意义。
目前，人们正在热议“数字地球”和“感动中国”的新概念，“物联网”和“无线传感网”的新技术。这次科学实验的一个重要意义在于该团队的“微电子神经桥”技术把“数字化”到了地球上远隔千里的两只动物身体感应上；也在于他们首先让中国的动物受到了“感动”（因为目前世界上还没有看到有类似的实验报道）；还在于“物联网”不仅可以让“人-物联网”，“货-物联网”，他们让动物之间也实现了“联网”；最后在于他们让“无线传感网”不仅在动物体外实现，而且在动物体内也得到了实现，因为这次实验装置的一个重要功能就是把电极即神经信号传感器接到了蟾蜍体内。
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。但是，由于人们现在还不能对肢体的哪怕是一种最简单的运动所对应的神经编码进行解读，所以用人工编码的电脉冲作为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。根据本次实验结果推想的方案，可以将健康人肢体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。这次实验的北京部分是与中国康复研究中心合作进行的。作为我国最大的残疾人康复治疗中心，他们为这次试验提供了多方面的支持，脊柱与脊髓神经功能重建科杜良杰主任全程参与了北京的实验过程。在南京方面，南通大学江苏省神经再生重点实验室派研究人员实施动物手术。
此外，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”。根据本次实验结果推想的方案，可以将处在千里之外的机器人的信息系统通过“微电子神经桥”和无线传输系统与本地人的神经系统联系起来，使异地的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。因此，该实验在国防和航天等方面具有潜在的应用价值。
东南大学射频与光电集成电路研究所所长王志功教授领导的微电子技术研究小组和生物电子学国家重点实验室副主任吕晓迎教授领导生物电子技术研究小组自2004年以来，就在国家自然科学基金的支持下，与南通大学江苏省神经再生重点实验室顾晓松主任领导的生物医学研究小组跨学科合作，开展微电子神经桥的研究。他们的研究目标是，采用可植入体内、与中断的脊髓神经接口的微电子装置，实现脊髓神经的信道桥接、信号再生和功能重建。6年来，他们研制了多通道神经再生的集成电路，并利用自德国和美国得到多种类型电极和自制的针状和钩状电极，在50多只大鼠和3只兔子身上进行了20多轮动物实验，验证了利用“微电子神经桥”实现神经信号再生和功能重建的可行性。在利用大鼠和兔子做实验的过程中，他们遇到了一个矛盾，这就是在这些哺乳动物体内植入神经信号探测和激励电极时，必须首先实施麻醉，但麻醉使动物的神经功能受到了抑制，与神经信号再生和功能重建相矛盾，动物苏醒后的大幅度动作也使得实验难以进行。在南京医科大学高兴亚教授的建议下，他们改用脊蟾蜍（去除了头或截断了颈神经的蟾蜍）进行了神经信号再生和功能重建的实验，取得了一系列富有科学意义和应用价值的研究结果。引入脊蟾蜍有两大优点：一是不需要麻醉，不会拟制神经信号的产生和传播，也不会拟制神经功能电激励产生相应的神经信号。二是作为两栖动物，蟾蜍整个躯体可以在不受大脑控制的情况下保持生物活性。这两点都非常有利于神经再生实验的顺利进行。一个最重要的突破是，他们将生物学中的反射实验与神经再生相结合，将神经信号再生后引起动物受控部位的简单颤动推进到了蟾蜍整条腿的协调曲伸。在这种情形下，为了消除人们对同一实验动物体内信息通道旁路作用的疑问，他们引入了异体神经信号再生的方案。为了进一步消除人们对由于电路互联可能造成电信号直通从而形成伪迹的疑问，他们引入信号无线传递方式。为了更进一步消除人们对近距离电磁波可能产生近距离作用的疑问，他们决定将两只互感互动实验的动物放到千里之外。他们这次利用‘微电子神经桥’和3G无线互联网传输技术实现千里之外两只蟾蜍的互感互动”的成功实验，将他们跨学科的研究推向了一个新的阶段。
同时，这次实验提出了一系列需要进一步探索的科学问题，例如，由控制蟾蜍因化学刺激在坐骨神经中产生，被微电子神经桥探测得到的神经电信号包含了那些成分？；由受控蟾蜍的坐骨神经和脊髓构成的反射弧是如何与外来的神经信号共同作用的，等等。这支跨学科的研究团队准备与国内外更多的研究团队和专家合作，再接再厉，继续进行研究和探索，向神经科学与工程研究的深度和广度进军。
央视网《科技中国》栏目组对北京组实验的过程进行了现场全程录像。有关报道预定在2010年元月28日的《科技中国》栏目下的大型访谈节目《创新人物60人》中给出详细报道。（东萱）
责编：张亦弛
第1/1页
