TED演讲 | 世界上第一个生化人攀岩者，以及他身体的秘密

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一旦你尝试过飞行，走在地上时你的眼睛将会永远望向天空，因为一旦你上去过那里，就会一直想要回到那里去。

When once you have tasted flight, you will forever walk the earth with your eyes turned skyward, for there you have been and there you will always long to return.

一旦你尝试过飞行，走在地上时你的眼睛将会永远望向天空，因为一旦你上去过那里，就会一直想要回到那里去。

When once you have tasted flight, you will forever walk the earth with your eyes turned skyward, for there you have been and there you will always long to return.

演讲实录

我是个麻省理工学院的教授，但我不设计建筑物或计算机系统。而是建造人体的部件——能增强人类行走和跑步能力的仿生腿。

1982年，我在英国遭遇登山事故，由于冻伤造成组织损伤，我的双腿不得不被截肢。在这里，你可以看到我的双腿：24个传感器，6个微处理器和肌肉腱状执行器。基本上我膝盖以下是一堆螺母和螺栓。但借助这种先进的仿生技术，我能跳跃、跳舞和跑步。

我是个仿生人（bionic man），但还不是个生化人（cyborg）（编者注：广义的Cyborg指的是半生物半机械）。当我想移动双腿时，来自中枢神经系统的神经信号通过我的神经激活残肢内的肌肉。人造电极感应这些信号，仿生肢体中的小型计算机将神经脉冲译码为我所预期的运动模式。简而言之，当我想要移动时，该命令会传达给我身体的合成部分。但是这些计算机讯息无法传入我的神经系统。当我触摸、移动我的合成肢体时，我没有正常的触摸、运动的感觉。

如果我是一个生化人，我就能感受我的双腿，能通过小型计算机传讯息给神经系统来感受我的双腿，我相信那会从根本上改变我与合成身体的关系。今天，我感觉不到自己的双腿，因此，我的双腿是独立于头脑和身体之外的工具。它们不是我的一部分。我相信如果我是一个生化人就能够感受到双腿，双腿会成为我的一部分，自我的一部分。

在麻省理工学院，我们正思考神经体现（Neuro Embodied）设计。在这设计过程中，设计师设计生物体本身，肌肉和骨骼，以及合成材料，用来增强神经系统和人造物间的双向交流。神经体现设计是一种创造生化人功能的方法。在这个设计过程中，设计师思考的未来技术不再是独立于头脑和身体之外的无生命工具；而是技术已经被仔细整合在我们天性中的未来。

在这个世界里什么是生物，什么不是，什么是人类，什么不是，什么是天然的，什么不是，将永远界线模糊。未来这将提供人类新的身体。神经体现设计将把我们的神经系统扩展到合成的世界，并将合成世界扩展到我们，从根本上改变我们是谁。通过设计生物体来与设计出来的世界沟通得更好，人类将在21世纪结束残疾，并建立增强人类的科学和技术基础，来增强人类的能力，使之超越先天、生理水平、认知、情感和身体。

有很多方法能构建不同规模的新身体部位，从生物分子到组织和器官的规模。今天，我想谈一个神经体现设计的领域，用手术和再生的过程来操纵和雕刻人体的组织。目前截肢的做法自美国内战以来并没有根本上的改变；它早已过时，鉴于我们在执行器、控制系统和神经接口技术方面的巨大进步。一个主要的缺陷是欠缺控制和本体感觉动态肌肉间的相互作用。

什么是本体感觉？当你脚踝向上翘时前面的腿肌收缩同时后面的腿肌伸展。当你伸长脚踝时恰恰相反，你的腿后肌肉收缩而腿前肌肉伸展。肌肉伸缩时，肌腱内的生物传感器通过神经向大脑发送讯息。这就是何以我们不用眼睛看也能够感受到脚在哪里。

目前的截肢做法打断了肌肉的动态关系，因而消除了正常的本体感觉。因此，一般的义肢不能把义肢在空间的位置讯息反馈给神经系统。因此，病人若不用眼睛观察就看不到和感觉不到义肢关节的位置和动作。我的腿被用这种内战时期的方法截肢。我能感觉到我的脚，我现在能感觉到的是幽灵意识的形式。但当我尝试移动它们时则动不了。感觉它们像是被困在硬硬的雪靴内面。

为了解决这问题，我们麻省理工学院发明了收缩及伸长肌的神经脉冲界面（agonist-antagonist my neural interface），简称AMI。AMI是一种将残留的神经连接到外部仿生义肢的方法。AMI是如何设计、如何运作的？AMI包括两块手术连接起来肌肉，收缩肌连接着伸长肌（agonist/antagonist muscle）。当电子讯号触发收缩肌这边时，会拉长另一边的伸长肌。这种肌肉的相互作用会导致肌腱内的生物传感器通过神经向中枢神经系统发送讯息，发送有关肌腱长度、速度和力道的讯息。这就是肌腱本体感觉的工作原理，它是我们人类能够感知肢体位置、动作和力量的主要方式。

被截肢时外科医生连接残肢内的这些相对肌肉以形成AMI。如今可以创建多个AMI构造来控制和感觉多个义肢关节。然后将人造电极放置在每个AMI肌肉上，仿生肢体内的小计算机译码这些信号来控制仿生肢体上强大的电动机。当仿生肢体移动时，AMI肌肉前后移动，将信号通过神经发送到大脑，使佩戴义肢的人能够体验义肢的位置和动作的自然感觉。

这些组织设计的原则可实际用在人的身上吗？几年前，我34岁的好朋友Jim Ewing，向我寻求帮助。Jim遭遇了可怕的登山事故，在开曼群岛摔下50英尺，因绳索没能拉住他而撞击地面。他受了许多伤，肺部被刺破，许多骨头破碎。事故发生后，他梦想要回去爬山。但怎么办到呢？

答案是生化人团队，由外科医生、科学家和工程师组成的团队在麻省理工学院重建Jim以前的攀登实力。Matthew Carty医生截断Jim严重受伤的腿，手术地点是波士顿的布莱根妇女医院，使用AMI手术程序，他把创建的肌腱滑轮连接到Jim的胫骨上，重新连接对应的肌肉。AMI程序重新建立了Jim脚踝肌肉和大脑间的神经联系。当Jim移动他的幻肢时，重接的肌肉以动态配对动作，使本体感受信号通过神经传递到大脑，所以即使蒙住眼睛，Jim也会经历脚踝位置和动作的正常感觉。

这是手术后Jim在麻省理工实验室。我们通过电极连接Jim的AMI肌肉与仿生肢体，Jim很快就学会如何移动仿生肢体，在四个不同的脚踝动作方向移动。我们对这些结果感到兴奋。Jim接着站了起来，这真的非常了不起。所有中枢神经系统接口所导引的自然生物力学，都通过合成肢体呈现无意识、反射的行为。上楼时所有错综复杂的脚部位置。

呈现在我们眼前的是Jim走下台阶，用他的仿生脚趾伸向下一阶，自动展现自然的动作，他甚至不用尝试移动肢体。由于Jim的中枢神经系统接收本体感受的信号，所以它确切知道如何自然地控制合成肢体。

现在Jim的动作和行为就像合成肢体是他的一部分。例如，某天在实验室，他不小心踩到了一卷电气胶带。东西粘上你的鞋底时，你会怎么做？你不会弯腰去取，那太笨拙了，而是会把它抖掉。Jim正是如此，他在神经连接到肢体后几个小时抖掉它。我最感兴趣的是Jim告诉我们他经历到的。他说：“机器人成了我的一部分。”

Jim Ewing：我连上机器后的次日早晨，女儿下楼来，问我成为生化人的感觉如何，我回答不觉得自己是个生化人。我觉得自己的腿回来了，不是我连在机器上，而是机器连到我身上。机器成了我的一部分，很快就成了我的腿。

过将Jim的神经系统双向连接到他的合成肢体上，实现了神经体现。我推测因为Jim能够思考和移动合成肢体，能感觉到神经系统中的这些动作，所以义肢不再是单独的工具，而是Jim身体不可分割的一部分。由于这神经体现，Jim不觉得自己像个机器人。他感觉他得回了自己的腿，得回自己的身体。

现在我经常被问到什么时候我要双向接上合成肢体的神经，什么时候要成为生化人。事实是我很犹豫要不要成为生化人。在截肢之前我是个糟糕的学生，经常在学校得D和F。截肢后，我突然成为麻省理工学院的教授。

现在我担心，一旦神经再次接上义肢，我的大脑就会重新回到那个不怎么聪明的我。

知道吗，没关系，因为我已有麻省理工的终身教职。

我相信神经体现设计的范围将远远超出替换肢体的范围，而会将人类从根本上带入重新定义人类潜能的领域。在21世纪，设计师们会把神经系统扩展为人类能用思想控制和感受的强力外骨骼。体内的肌肉可以重新配置，以控制强大的马达，感受和感知外骨骼的动作，增强人类的力量、跳跃的高度和跑步的速度。

我相信人类将在21世纪成为超级英雄。人类也可能将自己的身体延伸到非拟人化结构，例如翅膀，控制和感受神经系统内的每一翅膀动作。李奥纳多·达芬奇曾说过：“一旦你尝试过飞行，走在地上时你的眼睛将会永远望向天空，因为一旦你上去过那里，就会一直想要回到那里去。”

我相信本世纪末将会出现今天的人类所无法辨识的形态和动力学。人类将会飞行并翱翔。Jim Ewing坠地并严重伤残，但他的眼睛转向天空，总是渴望回归。事故后，他不仅梦想再次走路，还要回到他所选择的登山运动。麻省理工学院的生化团队为他造了专门用于垂直世界的肢体，具有完整位置和动作的感觉，由大脑全面控制的腿。用这技术，Jim回到开曼群岛的事故现场，重建为生化人，再次爬上天空。

先生女士们，Jim Ewing，世界上第一个生化攀岩者。

▲Hugh Herr教授领导麻省理工学院媒体实验室极端仿生学中心，在那里他开创了一类新型生物混合智能假肢和矫形器，以改善成千上万有生理缺陷的人的生活质量。

注：图片来源TED视频