進(jìn)入仿生時(shí)代/美國(guó)中小學(xué)生科學(xué)閱讀系列

前言

寫(xiě)在前面的話    科幻小說(shuō)里充滿(mǎn)了各種半機(jī)械人(部分身體機(jī)能由電子或電機(jī)裝置代替的人)，比如無(wú)敵金剛(The Six Million Dollar Man)和戶(hù)克·天行者(Luke skywalker)。對(duì)于你們這一代伴隨著微型芯片、個(gè)性化設(shè)備和微型化裝置成長(zhǎng)起來(lái)的孩子來(lái)說(shuō)，將科技產(chǎn)品植入體內(nèi),使身體里既有肌肉又有鋼鐵，或者成為靠機(jī)械裝置維持生命的人似乎很自然，甚至有點(diǎn)浪漫。    本書(shū)會(huì)為大家呈現(xiàn)仿生學(xué)的現(xiàn)狀。仿生學(xué)是門(mén)把生物系統(tǒng)與“機(jī)器”連接茬一起的科學(xué)。一種正在研究中的且可以用意念帶動(dòng)的假肢，能給殘疾人帶來(lái)希望，幫助他們恢復(fù)已喪失的身體機(jī)能，擺脫殘疾帶來(lái)的種種束縛。想想就令人興奮！書(shū)中還會(huì)介紹仿生學(xué)的未來(lái)，包括能夠在我們的大腦里存儲(chǔ)信息的神經(jīng)移植，和能“加強(qiáng)”而不僅僅是‘恢復(fù)”身體機(jī)能的半機(jī)械化部件。這些變化令人既驚喜又害怕。如果人們不是出于自身的需要，而是單純地想成為半機(jī)械人，就會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，小說(shuō)《不朽人》中就有這方面的描述。    人類(lèi)和科技之間正在建立—種新的強(qiáng)有力的關(guān)系，未來(lái)更是如此。我們應(yīng)該認(rèn)真思考一下人類(lèi)和科技結(jié)合這一令人興奮的未來(lái)。    編者

內(nèi)容概要

　　《進(jìn)入仿生時(shí)代》會(huì)為大家呈現(xiàn)仿生學(xué)的現(xiàn)狀。仿生學(xué)是門(mén)把生物系統(tǒng)與“機(jī)器”連接茬一起的科學(xué)。一種正在研究中的且可以用意念帶動(dòng)的假肢，能給殘疾人帶來(lái)希望，幫助他們恢復(fù)已喪失的身體機(jī)能，擺脫殘疾帶來(lái)的種種束縛。想想就令人興奮！《進(jìn)入仿生時(shí)代》還會(huì)介紹仿生學(xué)的未來(lái)，包括能夠在我們的大腦里存儲(chǔ)信息的神經(jīng)移植，和能“加強(qiáng)”而不僅僅是‘恢復(fù)”身體機(jī)能的半機(jī)械化部件。這些變化令人既驚喜又害怕。如果人們不是出于自身的需要，而是單純地想成為半機(jī)械人，就會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，小說(shuō)《不朽人》中就有這方面的描述。

書(shū)籍目錄

寫(xiě)在前面的話從虎克船長(zhǎng)到盧克·天行者人類(lèi)是如何認(rèn)識(shí)神經(jīng)系統(tǒng)的？像你我一樣思考的計(jì)算機(jī)“無(wú)所不能”的假肢超人視力進(jìn)入仿生時(shí)代！皮膚當(dāng)鍵盤(pán)“蜜糖”算術(shù)四個(gè)不可思議的半機(jī)械生物！“仿生腦”測(cè)試哎呀，瑪麗·凱瑟琳，那難道不是仿生的嗎？不朽人我思故我在人體增強(qiáng)技術(shù)革命像水螅一樣再生

章節(jié)摘錄

從虎克船長(zhǎng)到盧克·天行者——美國(guó)芝加哥康復(fù)研究所(RIc)仿生假肢技術(shù)的重大突破    從芝加哥康復(fù)研究所(RIC)樓上的實(shí)驗(yàn)室向外望去，藍(lán)色的密歇根湖波光閃閃，風(fēng)景秀麗。但是，那些拜訪實(shí)驗(yàn)室的截肢病人，常常顧不得欣賞美景，而是把目光投向了房間大屏幕里自己的“阿凡達(dá)”(Avatar，也就是人的化身)上。在屏幕上，浮動(dòng)在一塊淡藍(lán)色背景上方的，就是他們的虛擬手臂的電腦圖像。只要將電極安插在病人殘肢肌肉表面的皮膚上，然后和一臺(tái)電腦相連，病人的意念就能使虛擬手臂活動(dòng)起來(lái)。病人在頭腦中想著張開(kāi)手掌，屏幕上的手掌就真的張開(kāi)了，雖然現(xiàn)實(shí)中他并沒(méi)有手掌。    我們知道，盧克·天行者的仿生手臂只是科學(xué)幻想。但現(xiàn)在，那已不再是單純的幻想。世界各地的人們都在使用機(jī)器人裝備，代替他們?cè)谑鹿驶蛘呒膊≈惺サ乃闹?，一些人甚至能用思維來(lái)控制那些裝置?！鞍⒎策_(dá)”——芝加哥康復(fù)中心的病人們注視的虛擬手臂，能幫助病人學(xué)習(xí)如何用思想來(lái)控制機(jī)械假肢。    托德·奎肯博士(Dr.Todd Kuiken)是這個(gè)研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物。他既是一位醫(yī)生，又是一位工程師，同時(shí)還是芝加哥康復(fù)研究所下屬的仿生醫(yī)學(xué)中心的負(fù)責(zé)人。2003年，他成功地給杰西·沙利文裝上了仿生手臂。沙利文是因?yàn)椴恍⌒挠|摸到帶電的高壓電線而失去雙手的。2006年，在奎肯博士的幫助下，克勞迪婭·米切爾成為了第一位裝配仿生手臂的女性。新的機(jī)械手臂代替了她那只因?yàn)橐粓?chǎng)摩托車(chē)事故而被切除的左臂?，F(xiàn)在，奎肯博士的其他病人中，有30多個(gè)都裝上了仿生裝置。    從虎克船長(zhǎng)的鐵鉤手到現(xiàn)代的仿生手臂，自然科學(xué)和醫(yī)學(xué)經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展歷程呢(7在機(jī)械手臂出現(xiàn)以前，所有的“假體”(人造身體部位)都是依靠身體其他部位的力量來(lái)活動(dòng)的。目前，這種假體仍然是最常見(jiàn)、最有效的一類(lèi)裝備，尤其適合那些被切除了腿部的人?！坝辛艘桓焙玫募偻?，一些患者甚至能和普通人跑得一樣快?！泵绹?guó)佛羅里達(dá)州奧蘭多康復(fù)研究所的物理治療師瑪麗·賓克麗說(shuō)道。    但是，對(duì)于那些失去手臂的人們來(lái)說(shuō)，事情就沒(méi)有那么簡(jiǎn)單了。人造手臂并不具有真手臂的所有功能，而且使用起來(lái)很麻煩。為了幫助這些病人，工程師們發(fā)明了機(jī)械假肢——帶著電動(dòng)馬達(dá)、電腦處理器和內(nèi)置電池的假肢。這些裝置方便了假肢的使用，但是非常沉重，使用時(shí)也很讓人費(fèi)腦筋。比如，一位裝著機(jī)械假臂的病人如果想要抬起一塊積木，他必須得考慮所有的步驟：伸展手肘、轉(zhuǎn)動(dòng)手腕、打開(kāi)手掌、收起手掌等。他不僅需要記住如何用手腕完成各個(gè)步驟，而且得按照正確的順序去做?！皺C(jī)械假肢的使用過(guò)程緩慢，不那么得心應(yīng)手，”奎肯博士說(shuō)，“被切除了肘部以上部位的患者中，大部分都放棄了這種機(jī)械假肢?！币粋€(gè)出色的突破    發(fā)現(xiàn)病人們的煩惱后，奎肯博士轉(zhuǎn)向了仿生學(xué)的研究。他想，如果想一想就能移動(dòng)一只機(jī)械手臂，甚至不用想步驟就能更精確地做出動(dòng)作，那就太好了。當(dāng)你拿起這本書(shū)時(shí)，腦海中并不需要想著先放下手肘、打開(kāi)手掌，或者用手指抓住光滑的封面這些煩人的步驟，你的手臂會(huì)自動(dòng)地按照你的想法來(lái)做出各種動(dòng)作。結(jié)合自己在醫(yī)學(xué)和工程學(xué)方面的知識(shí)，奎肯博士發(fā)明了一種方法，來(lái)幫助人們用意念(也叫做潛意識(shí))啟動(dòng)機(jī)械手臂。    奎肯博士的計(jì)劃是：挖掘病人肢體上剩下的神經(jīng)的潛力。我們的神經(jīng)從大腦流向脊髓，然后傳向身體的各個(gè)部分。也就是說(shuō)，神經(jīng)從主干伸向更加細(xì)小的末梢，從而到達(dá)了我們的肌肉和皮膚。即使在截肢手術(shù)后，那些神經(jīng)的根部依然在病人體內(nèi)存在著。    神經(jīng)連接著大腦和肌肉，在它們之間傳遞信號(hào)。神經(jīng)的“語(yǔ)言”是電子脈沖，電子脈沖能夠使肌肉收縮，并且活動(dòng)起來(lái)。這些脈沖在我們的皮膚表面就能被探測(cè)到?？喜┦恐?，如果他能將這些自動(dòng)發(fā)生作用的肌肉信號(hào)和一只機(jī)械手臂連接起來(lái)的話，那么他就能設(shè)計(jì)出一種使用簡(jiǎn)便的假肢了。    通過(guò)與杰西·沙利文(就是那位失去雙手的人)合作，奎肯博士制定了這樣一個(gè)計(jì)劃：用手術(shù)將沙利文主要的手臂神經(jīng)，從肩膀(正是他進(jìn)行手臂截肢的地方)移到了他的胸部肌肉里。那些手臂神經(jīng)能幫助大腦向胸部傳達(dá)對(duì)整只手的移動(dòng)命令。如果這個(gè)計(jì)劃成功了，沙利文的手臂神經(jīng)并不會(huì)知道，其實(shí)它們已經(jīng)不在沙利文的手臂里了。沙利文的大腦會(huì)自然而然地把他的胸部當(dāng)做是手臂和手掌。    后來(lái)，這個(gè)計(jì)劃真的實(shí)現(xiàn)了。一位外科醫(yī)生切除了沙利文的胸部神經(jīng)，然后用他的手臂神經(jīng)來(lái)替換切除的胸部神經(jīng)。醫(yī)生為沙利文肩膀上的四條主要的手臂神經(jīng)重新設(shè)定了路線，并把它們分別固定在沙利文胸部的四個(gè)部位。那些搬了“新家”的手臂神經(jīng)就開(kāi)始在沙利文的胸部生長(zhǎng)起來(lái)，漸漸地，它們的神經(jīng)功能也恢復(fù)了。    大約三個(gè)月后，奇跡發(fā)生了。當(dāng)沙利文腦中想著張開(kāi)手時(shí)，他的一塊胸部肌肉抖動(dòng)了。大約五個(gè)月后，當(dāng)他心里想著各種手部和肘部的動(dòng)作時(shí)，就能使不同位置的胸部肌肉活動(dòng)起來(lái)了。    P2-5

編輯推薦

《進(jìn)入仿生時(shí)代》由美國(guó)卡洛斯出版集團(tuán)編著，小多(北京)文化傳媒有限公司編譯。本書(shū)特色：    ·內(nèi)容選自亞馬遜網(wǎng)站銷(xiāo)售前列兒童期刊    ·世界頂尖科學(xué)家講述科學(xué)    ·美國(guó)最受推崇的課外讀物    ·囊括全美兒童出版類(lèi)獎(jiǎng)項(xiàng)

圖書(shū)封面

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