文：《生命的電》提摩西．約根森 著／三采文化
全球每30秒就有一人遭到截肢，義肢重要性與日俱增
住在俄亥俄州坎頓（Canton）的梅麗莎．魯米斯（Melissa Loomis）非常愛狗，甚至會去當地的狗收容所當義工。
2015年某天早上，當她心愛的狗在後院與浣熊出現衝突的時候，她趕忙跑去處理，希望能救出這些狗，避免牠們被可惡的浣熊咬傷。這場騷動結束後，狗和浣熊都沒受傷，但魯米斯卻不幸出事了。
浣熊咬了她的右前臂手腕，造成兩處傷口。然而在接下來的幾個禮拜，沒想到這些傷口出現嚴重感染，恐怕得將她的手臂截肢才能挽救她。最後她付出巨大的截肢代價來保住性命。魯米斯不是少數遭遇這種失去肢體痛苦的人，有很多人都和她有類似的情況。
光是在美國，就有超過200萬人至少失去了一條肢體，而且根據預測，到2050年將有370萬人遭到截肢。全球來看，每年約有100萬新增的截肢案例（換個說法，就是每30秒就有一人遭到截肢）。
儘管目前的器官移植，甚至是臉部移植，都能挽救生命，減輕許多人的傷害，但肢體移植帶來的挑戰更為特殊，因為這牽涉到連接許多不同類型的組織，而排斥移植肢體的威脅非常大。
就截肢者的數量，以及捐贈肢體移植的諸多障礙來看，這些令人難過的事實顯示出裝置義肢是多數失去肢體者的唯一補救措施……
神經義肢大未來，
現代義肢的研製目標是盡量模擬天然肢體的運動，以及自然地控制肢體，甚至讓截肢者用意念來驅動義肢的運動，就像過去控制原本的肢體那樣。
心智控制？有可能嗎？義肢研究中的神經義肢學（neuroprosthetics）便是著眼於將人類神經系統與電控的機械肢體相連起來的領域。
試想一下。你因為某種意外或疾病而遭到截肢，失去前臂和手掌，不再使用你的尺神經。在心智上，你的大腦知道沒有手臂了，但當你想要移動手指時，它仍然會向你的尺神經發送訊息，這是一個自然的反應。從大腦傳到前臂的動作電位在被切斷的神經末端就戛然而止，因為之後便沒有可以接收訊息的地方，大腦訊息無法傳遞，徒然浪費了來自大腦的指令。
但要是我們將大腦發給尺神經的訊息重新導向，回收利用呢？
好比說，將這些訊息轉移到一個電子設備上，傳到在義肢中的一小塊電動機械「肌肉」中，這樣大腦下達給無名指和小指的移動命令，就會經由尺神經傳給義肢的無名指和小指，使其有所動作……
圖：手臂中的主要神經
▌手指運動和觸覺需要手臂的三條神經參與：尺神經、正中神經和橈神經。對於下臂截肢者來說，這些神經因為被切斷而不再起作用。
但是被切斷的神經會產生一種稱為「幻痛」（phantom pain）的現象，截肢者會感到好像來自下臂部分的慢性疼痛。
以外科手術將這些神經末端重新導向到其他標的組織通常可以緩解幻痛，甚至可以讓神經獲得新的功能，比方說，驅動電動機械義肢的運動，以及回復一些指尖觸覺。
電平台隔閡：生物電與非生物電的橋接
要重新調度手臂中的三條主神經可沒那麼容易。不過，一旦能夠動用這三條神經，義肢將擁有幾乎與自然手臂和手掌一樣的運動自由度。這樣就成了一個有用的義肢。
不幸的是，要實現這個目標，必須克服一大挑戰，要能夠偵測到來自手臂神經的訊息，然後將其轉換為可機讀（machine-readable）的訊息，也就是義肢中的機械設備可以解讀的訊息形式。
神經系統的電訊息是由大量陽離子在受控的狀態下，穿過神經元細胞膜所傳播的。這與絕大多數非生命世界的電傳導有著根本上的差異，在這些情況下，電訊息通常是因為電子通過電線移動所造成的。
若是用電腦的術語來說，這意味著生物電和非生物電是在兩種截然不同的平台上運行，也可以說它們兩種的「硬體設備」不同。因此當你想將這兩個電平台連接在一起時，就會出問題。
乍看之下，這兩種毫無關聯的平台幾乎是無法跨越的技術障礙，難以將它們連接起來控制義肢。畢竟，要將這兩個平台連接在一起，可不是把神經纖維的末端和電線的末端連接起來就可以搞定的，真正的工程要複雜許多。
在生物電和非生物電系統間，需要某種「橋接」（bridge），這通常稱為腦機介面（brain-machine interface，簡稱BMI），這是設計來在兩個不同平台間來回傳遞電訊息的。
以電腦工程的專業術語來說，介面（interface）的定義是一個共享邊界，能夠跨越兩個截然不同的元件或系統，交換雙邊訊息的地方。
腦機介面是種特殊類型的介面，好比中繼站，在接收源自於腦部的神經訊息後，會將其轉化為電子訊息，然後傳到由電腦控制的電子設備，成為執行動作的指令。
換句話說，腦機介面的主要作用就是是將離子電流轉變為電子電流，這是一項關鍵功能，因為電腦化的設備只能使用電子移動所產生的電流。不過，在實際運作上，最好的腦機介面的訊息傳遞方向剛好與此相反，是將電子電流完好地轉變為離子電流，好讓訊息進出腦部。
文：《生命的電》提摩西．約根森 著／三采文化
