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以“舌”视物:我们能为人类创造出新感官吗?

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版主推荐 admin 发表于 2017-8-22 11:46:02 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
在科罗拉多州高登市的“地球跋涉”体育馆内,一群攀岩者正在热身:做拉伸运动,配戴绳套,往手上涂镁粉;他们在准备爬馆内的岩壁,壁上设有彩色的塑料岩点。埃里克·魏亨麦尔(Erik Weihenmayer)坐在一边读单词抽认卡,额头上戴着一条细细的灰色塑胶头带。“我看见最后一个字母是‘E’,”他左右上下地移动脑袋,说道:“肯定是E,这个单词是‘please’吗?”他问我。的确如此。魏亨麦尔得意地开始读下一张卡片。
魏亨麦尔是唯一一个攀登过珠穆朗玛峰的盲人。他患有先天性青年型视网膜劈裂症,在中学一年级时视网膜断裂,彻底失明,不能再参与家人都擅长的球类运动。在一个盲人夏令营里,他接触了攀岩运动,很快喜欢上它:他用手摸索岩石壁寻找下一个岩点,或者用冰镐探路;攀岩时会有一个向导在前方描述地形,摇晃铃铛提醒他。就这样,他征服了七大洲上的所有最高峰。
十年前,魏亨麦尔开始使用一种叫BrainPort的装置,它可以让他用舌头“看见”岩壁。这种装置由两部分组成,用电缆连接:装有微型摄影机的头带,和白色塑料棒棒糖状的装置,邮票大小,衔在他的嘴里。摄像头的分辨率被压缩为400像素,相机的信号通过棒棒糖上对应的400个小电极发出刺激,传到舌头上。暗像素会给舌头较强的刺激;亮像素只会造成一点点刺痛,他形容这种刺激造成的视觉体验像“用小气泡画的画”
魏亨麦尔在行动之前读单词卡是为了校准电极的强度,确保相机面对的方向和他想的一致。校准之后他穿上了绳套,开始挑战“Mad Dog”高难度攀岩路线——这条路线上全是相隔很远的蓝色岩点。如果不用BrainPort的话,魏亨麦尔会爬得惊人的快——像蜘蛛一样,他伸出手和脚,如挡风玻璃前的雨刷一般扫动,寻找下一个岩点——尽管动作不大优美。戴上仪器后他的动作会慢很多,同时也很谨慎。每走一步他都得身体后倾,观察岩壁,小心地伸手到半空中,停留一瞬间便抓向几英尺之外的岩点。“你必须要把手伸出去,否则很难判断岩点在哪儿。”当我在准备挑战一条简单得多的“Cry Baby”路线时,他对我解释道,“我的手挡住了岩点,我就知道找到了它,然后就能爬到那个位置。
noidsc9c0ncht8z2h88bjsuz27843ias.jpg 探险家埃里克·魏亨麦尔
他不会戴着BrainPort去爬珠穆朗玛峰——电子设备会犯错,在极端条件下依赖它指引路线显得很冒险。但魏亨麦尔在犹他州和科罗拉多州附近的户外攀岩尝试过。BrainPort重塑了他的手眼协调能力,这令他很高兴:“我可以看见岩点,然后抓住它——‘嘭’!这个东西在那儿,而我就恰好能够抓住它。对于一个视力正常的人这很简单,但这种感觉太棒了。”
BrainPort是一种正在兴起的“感官替代设备”,用触觉替代视觉。另一种叫vOICe的仪器将视觉信息转为听觉信息。还有的仪器用触觉来传达听觉信息,供听觉障碍者使用;或者用声音传达触觉信息,服务烧伤病人和麻风病人。尽管设计这些仪器的出发点是恢复损坏的“感觉”,在过去的十年它们也逐渐修正了人们对大脑结构和发展的认识。“感官替代”背后的原理非常基础:不管刺激是从哪一个感受器官发出,大脑处理知觉信息的方式是相似的。正如BrainPort的发明者,神经科学家保罗·巴赫-利塔(Paul Bach-y-Rita)所言:“你不是在用眼睛看周围的世界,而是用整个大脑。”



巴赫-利塔被誉为“感官替代之父”,于2006年去世。他常强调,盲文和盲杖都运用了感官替代的原理,用触觉传达视觉信息,例如纸上的文字、空间内的物体。他甚至提出“写”应该是感官替代原理的先驱——这将“听到”的字转为了可以“看见”的字。
巴赫-利塔的医学生涯起始于视觉恢复领域,他是眼部肌肉神经生理方面的专家。在1959年,他的父亲佩德罗·巴赫-利塔(Pedro Bach-y-Rita),一位移民至布朗克斯并在城市学院教书的加泰罗尼亚诗人,患了严重的中风。医生断言他不能再讲话或走路,但保罗的兄弟,当时是一位医学生,制定了一套严苛的康复计划:佩德罗必须在地上用膝盖前行,直到能够正常走路;必须练习用铲子舀起一堆硬币,直到能够自给吃饭。一年以后,佩德罗已经能回学校教书;两年以后,他可以独立生活。1965年在哥伦比亚登山时,他死于心脏病突发。然而,尸检报告显示,他的大脑仍是严重损害的状态;其中,负责随意运动和不随意运动的大脑区域几乎全部被毁。“他怎么可能恢复得这么好呢?” 巴赫-利塔很惊奇,“如果他能复原,为什么其他人不可以?”
尽管在很久以前就开始改进用触觉替代视觉的仪器,巴赫-利塔在1969年才完成这种仪器的设计雏型,因为他父亲的事例让他认识到大脑的适应修复能力。原型是用一把遗弃的牙医椅和一台旧电视摄像机做的,一共花了400多英镑。盲人可以坐在椅子里,移动手柄来调整摄像机位置,以便“看”到周围情景。模拟录像会被输入一个大型计算机,然后被转换为400个不同灰度的圆点。但这些带有信息的灰色圆点不会像在BrainPort里一样被转为电极刺激,它们会被传输到相对应的400个安置在椅子背后的特氟纶尖端大头针网格上。暗像素对应的大头针会剧烈地摇晃,亮像素对应的几乎不动,用户们就可以通过背上的刺激感受图画。几个小时的练习之后,巴赫-利塔的第一批六个志愿者,全是天生的盲人,就可以区别直线和曲线,认出电话和咖啡杯,甚至能识别超模崔姬(Twiggy)的一幅照片。
1969年,巴赫-利塔将他的成果发表在了《自然》杂志上。之后的十年,他一直在改善这个系统,用更复杂的任务测试盲人被试,尝试着将这个巨大的新发明缩小到易携带管理的程度。但在当时,相机和计算机的体积并不是这个发明的唯一挑战。他偶然得知一个关于触觉辨别的概念——两点辨别觉(two-point discrimination),即当两个小针同时刺激皮肤表面时,人能够辨别出刺激来自两个不同的物体,而不是同一个物体。皮肤的分辨能力差别很大。在背部,刺激必须相隔很远才能被人分别出来;因此,巴赫-利塔花了很长时间寻找一个更好的刺激点。手部的皮肤有一些很敏锐的部位,但如果盲人的手放置在装置里操控相机,他们就无法使用“看”到的东西。巴赫-利塔在试着把刺激点放在舌头上时,他的同事们嘲笑他,认为舌头的环境潮湿,很难让装置工作。但口腔里的潮湿环境是电能传导的绝佳导体,舌头还像指尖一样,有精细的两点辨别觉。



1998年,巴赫-利塔成立了公司Wicab,试图将他的发明商业化。公司成立在威斯康辛州麦迪逊城郊区的一个办公园里,与一户家庭牙医共享一幢二层玻璃建筑,和一个种满植物的中庭。几十个工作人员坐在小卧室里或者小车间里工作,所有的装置都还是手工制造。当我拜访这家公司时,Wicab的临床研究主管崔西亚·格兰特(Tricia Grant)引导我尝试了一个10小时训练教程的最初几步,这个教程由她开发,旨在帮助新的用户熟悉装置的操作。
格兰特将一块黑色的布展开在一张会议桌上——初学者在一个高对比的环境下开始要更容易一些——然后给我蒙上了眼睛。她给我戴上了带有摄像机的发带,让我嘴里含上塑胶棒棒糖。我在脸前摇晃手指,她指导我如何增加舌头上的电极刺激的强度,直到能感受到它们。(抽烟的人和老人一般比年轻人需要更强的刺激。)猛地一下,我的舌头上起了微弱的酸酸的小泡——可以开始了。
格兰特告诉我她把一个塑料香蕉和球放在桌子上了。“我们通常这样开始,”她说,“你看能不能辨认出哪一个在左哪一个在右。”我缓缓地把头从一边晃到另一边,嘴唇上夹着电缆,像在用我的额头探索这张桌子一样,每当我感受到舌头上刺激的小泡时,就会受惊似地发出“嗯……”的声音。尽管我无法解释我是如何知道的,前后扫视了几秒后,我很确定球是在左边,香蕉是在右边,然后我又伸出手再确认了一遍。“你抓住那个球了,好像看得见一样!”格兰特说。
半小时以后,我已经成功地绕过了办公椅的障碍,认出了字母“O”,还写在了白板上。(大写字母L很难猜,我猜的是“E”。)“我还能看见什么吗?”我问道。就在这时,我们的午餐到了。她警告我不要吃辣椒和腌制的食品,以免伤害被过分刺激的舌头。但我几乎没有听到她在讲什么,累得蜷缩在椅子里,这才意识到刚才的45分钟里我有多集中精神。没有了视力,我必须从舌头上的小泡、发麻的刺激里,抓住关于周围世界的每一份信息。
我们只完成了格兰特设计的教程的第一部分,但她告诉我,10小时训练后我才能够使用BrainPort安全的回家。熟练的掌握需要更久的训练。“我们建议每天至少训练20分钟,”她说,“这就像学习一门外语一样。”


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