摩拳擦掌：去年11月的一次训练中，生化人自行车手迈克尔·麦克莱伦绕着克利夫兰的一座公园骑行。
迈克尔·麦克莱伦（MichaelMcClellan）骑着辆卧式三轮车，从我身边飞驰过去，虽然气喘吁吁，但还是笑着竖了竖大拇指。克利夫兰的这个公园里绿树成荫，他就沿着小径绕园骑行。6月的天很暖和，上班族都在这里享用露天午餐；但这些人嚼着三明治，完全没有注意到三轮车上这个家伙。他们不知道，麦克莱伦从腰部以下完全瘫痪；也不知道眼前的场景多不平常：他将成为全球首批生化人竞技自行车手之一，而此时的他正在进行训练。
麦克莱伦正在备战的是Cybathlon（生化人运动会），有史以来第一场生化人奥运会，它将在年10月于瑞士苏黎士举行。参赛选手将用先进技术来弥补身体上的残疾，比如瘫痪和截肢。举个例子，公路自行车赛上，高位截瘫的选手会用电刺激系统来唤醒瘫痪的双腿，让它们运动起来，电极和肌肉协同工作，带动三轮自行车前进。
没错，残奥会已经给残疾运动员提供了一个展示才华的舞台，但Cybathlon的规则和目标都不太一样。残奥会禁用提供外部助力的机动设备，但Cybathlon向机动装置敞开了大门。组织者罗伯特·雷纳这样解释说。他是瑞士苏黎世联邦理工学院的教授。
“它不是比谁跳得更高、力气更大或者速度快，而是比谁能更好地控制身体和设备。”雷纳解释说。作为一场生化人运动会，它歌颂的不是依靠自身力量来运动的人体，而是人机合作的力量和智慧。也是出于这个原因，Cybathlon的参赛选手不叫“运动员”，而叫“领航员”。每个团队都由技术小组和领航员组成，如果团队拿奖，小组和领航员都有份。
雷纳在苏黎世联邦理工学院的“感知-运动系统实验室”开发机器人辅助康复系统，他说，之所以举办Cybathlon，是因为当前残疾人可用的辅助技术很让他失望。“很多技术对残疾人来说形同鸡肋，用处不大，”他说。比如，上肢截肢的人里面，只有四分之一使用假肢，因为这些装置在提倡生活中都不太用得上。
为了参加Cybathlon，人们从科学和工程界请来工程师，构建新技术、训练运动员……抱歉，是领航员。雷纳希望能通过竞技激发创新。为了确保比赛装备在体育场外继续派用场，Cybathlon的赛事会囊括一些日常任务。比如，动力型假腿的比赛项目包括爬楼梯和徒步穿越布满石头的坑洼地。在动力型上肢假肢的障碍赛中，领航员还要完成面包切片，拧开罐子等任务，这些都是吃早餐时司空见惯的动作，但你来试试只用一只手做呢？你不着急上火才怪。
来自世界各地的80支Cybathlon参赛队将齐聚苏黎世。英国的BBC和日本的NHK，还有其他各大电视台都会参与报道。如果比赛一炮打响，下一届Cybathlon就有望跟年夏季奥运会一道，在东京举办。
想想那是怎样一个场景：全球首屈一指的体育竞赛上，有马拉松、米自由泳、跳高，但也有选手在奋力拧开玻璃瓶、奋力爬阶梯。这些看似稀松平常的任务，在Cybathlon上会体现出它们的价值：工程设计、心灵手巧和人类毅力的惊人组合。
“我喜欢速度。”麦克莱伦喘着粗气说，他在公园里绕行了几圈，呼吸急促。“正是这个爱好让我如今只能坐在轮椅上。”
动起来：迈克尔·麦克莱伦腰部以下完全瘫痪。一套植入设备能向他的腿部肌肉发送指令，让他能够站起来。
年的一天，麦克莱伦骑着越野摩托车，飞驰在墨西哥的一条道路上，没料到前面横亘着一条大沟。他没能完全越过去，摩托车重重地撞在对面的沟壁上，导致车座卡住身体，压碎了他的腰部脊椎。骨头的碎片刺入脊髓，脊柱被拧成了麻花，麦克莱伦说。两条腿都完好无损，但由于脊髓神经受损，大脑发出的运动指令传不到腿上。
现在，他又能绕着公园骑车了，这是怎么做到的呢？答案来自LS克斯克利夫兰退伍军人医疗中心（LouisStokesClevelandVAMedicalCenter）的实验室。实验室就在街对面，神经工程师罗纳德·特莱欧罗（RonaldTriolo）运营着那里的高级平台技术中心（他也是附近凯斯西储大学的教授）。特莱欧罗使用一种名为“功能性电刺激”（FES）的手段，给脊髓损伤的人植入电脉冲发射器，用来激活腿部肌肉对应的神经，让那些原本休眠的肌肉活动起来。通常，大脑发出的电信号会通过脊髓到达外周神经，特莱欧罗的电脉冲就是模拟这些电信号。
很多康复诊所都有简单的FES系统，在使用者腿部粘上体表电极，对着大致正确的方向，经由皮肤和肌肉发射电脉冲，从而对神经产生微弱的刺激。通过这种方案取得的控制并不是很精确，所以，特莱欧罗率先采用了“袖口”式电极，通过手术植入体内，环绕在神经周围。
技术专家和领航员：生物医学工程师罗纳德·特莱欧罗的团队开发了这种植入式神经刺激机关，可以激活迈克尔·麦克莱伦原本瘫痪的双腿。
每一个硅橡胶微型“袖口”都有四个嵌入式铂触点，分别接触神经束表面的不同位点。涉及到复杂运动模式的时候，它可以对特定的神经纤维施加刺激。电流会通过一根细线，从植入腹部的一个脉冲发生器传导到电极。特莱欧罗用计算机设计好刺激模式，然后经由无线链路，给脉冲发生器发出指令。“刺激时机和刺激模式的变更都是用软件完成，所以不需要更换植入部件，”他解释说。另外，一台外部设备可以通过无线方式给脉冲发生器充电，所以它不用装电池，也免去了更换的必要。
经过二十年的实验，特莱欧罗开发的刺激模式可以让截瘫患者抬腿，从椅子上站起来，挺身站立，并用双腿支撑体重，患者甚至可以用助步车维持平衡，小步走动起来。现在，他正在研究更多的神经“袖口”，带更多的嵌入式接触点，让他可以编写更加复杂的刺激模式。最终，他希望能让麦克莱伦这样的人恢复正常行走。
麦克莱伦住在加利福尼亚，年，他从家附近一个康复诊所的朋友那里听说了特莱欧罗的实验，当即就报名当了志愿者。“我没多想，”他说，“死马当活马医呗。”经过一场持续11个小时的手术，医生在他的腿部和臀部植入了10枚电极：两根股神经周围各一枚，让他能控制股四头肌周围离散的肌纤维；另外还有八枚简单的单触点电极，用来激活他的臀部肌肉和腘绳肌。半年后，伤口愈合，麦克莱伦回到克利夫兰，开始试用这套装置。
你知道吗？
18世纪80年代早期，意大利解剖学家路易吉·伽伐尼发现，只要通过神经发送一股电流，就可以让死青蛙的腿部肌肉收缩。
他并不是当即就能站起来；首先，他在一个理疗师团队的指导下，经过了八周艰苦的力量训练。他要躺在床上好几个小时，等着刺激装置激活他的神经，促使他抬腿，挺举小块重物。虽然控制他腿部肌肉的不是大脑，而是外部产生的脉冲，但效果是一样的：肌肉会变大，力量会增强。训练的间隙，工程师在他身上测试了不同的刺激模式，调试电流的大小和电脉冲发射的时机。然后，工程师们又做了一个小型的外部控制器，带几个按钮，每个按钮都进行编程，用来触发跟特定动作相对应的刺激模式，比如抬起左腿，或者从椅子上站起来。
最后，医生和工程师们一致认为，他已经可以站起来了。那天，整个团队聚在一间康复室里，麦克莱伦按下“站立”按钮，原本瘫痪的双腿就抡起他，让他站直了身体。那一刻是什么感受？麦克莱伦顿了一下。
“你见过狗伸懒腰吗，两爪前伸的那个样子？”他沉思片刻后说。“看着它，你就会想，‘这感觉一定很爽吧。’”当时，那些研究人员看着近两米高的他站起来，心里肯定也是这么想的。
本来，特莱欧罗并不认同举办Cybathlon的设想“我们真正需要的是合作，是国际组织的共同合作，不是什么竞争，”他当时是这样想的。但他很快就改变了看法，他想，在一种友好竞争的精神指引下，比赛可以让研究人员走到一起，从而推动技术进步。因为对自行车赛感兴趣，他问了包括麦克莱伦在内的几个研究志愿者，看谁愿意帮他调试骑行用的刺激机制，从而开发新的模式，让下肢瘫痪的人能用把腿部肌肉利用起来，踩动自行车踏板。
而眼下，初夏的公园里绿树成荫，这次训练，他们要试用一个刚调试过的系统。之前，工程师已经和麦克莱伦花了几个小时，在实验室的固定自行车上，对刺激模式进行微调。但在公园里，他们又发现了一个缺陷。
麦克莱伦骑上一个小坡，脚踏车的速度自然会慢下来，但脉冲发射的节奏并不会随之变化。这样一来，麦克莱伦腿部肌肉蹬动踏板的节奏，就跟车轮转动的节奏不同步了。麦克莱伦试图弥补这个缺陷，利用臀部周围一些可控的肌肉来调整蹬腿节奏。
为提高从肌肉收缩到骑行力量的转化率，特莱欧罗有一个计划。接下来的几个月里，他会在脚踏板上安装位置传感器，目的是把信息发送给植入麦克莱伦体内的脉冲发生器，每次踏板转到可以用力蹬踏的位置，它就立刻发出信号。“关键在于，要让仪器和人体结合成一个整体，协同工作。”特莱欧罗说。
作为一名“领航员”，麦克莱伦的首要任务就是按控制器上的按钮，触发骑行刺激模式，但并不是这样就完事儿了。他的肌肉必须要响应刺激，并且做功，如果肌肉开始疲劳，他的表现会很快降下来。肌肉疲劳时刺激神经的效果业会减弱，特莱欧罗说。
公元46年前后，罗马医生曾经把电鳐放在病人头上，用来缓解头痛，这是医用电刺激的最早记录。
为了提高强度和耐力，麦克莱伦会继续去健身房练抬腿，并希望能有一辆卧式三轮车，在家附近骑行。他渴望训练，但不只是为了Cybathlon，还想着未来，憧憬着有朝一日，干细胞疗法能够修复他受损的脊髓神经。这类治疗在目前还只停留在实验室里，但麦克莱伦希望自己能保持良好的体格，在它成为现实的那一天第一个从中受益。“我想保持肌肉健康、骨密度良好，这样，无论未来有什么疗法，我都可以参与。”他说。
如果训练顺利，到今年10月，在苏黎世的米跑道上，麦克莱伦将在健康的肌肉驱动下，呼啸着向前。如果在身体和科技的合力推动下，他的自行车能第一个冲过终点线，那他就还有一件事要做——按下控制器上的“站立”按钮，站起来领奖。
他也许能登上领奖台，被奉为现代科技中的一个奇迹，但麦克莱伦说，成为生化人奥运会的运动员刚刚吊起了他的胃口。“这还只是个开始，想想这个，我就热血沸腾。”他说。
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