应用无穷的生物电

王东梅

一次，一个远洋捕捞作业船队在渔区赶鱼汛，一个检修人员潜到水底，突然触到了什么东西，立即感到四肢麻木、浑身战栗起来。他们不知碰到了什么怪事，经询问当地渔民，才得知原来是一种栖居在海底的鱼在作怪。这种鱼叫电鳐，能够放电，就是这电击中了那位检修人员。

能够放电的鱼，人们把它们统称为“电鱼”。

目前，世界上已经发现有500多种电鱼。电鱼用放电来自卫或捕食。非洲的电鲶，可产生350伏的电压，能击死小鱼，也可将人畜击昏；北大西洋的巨电鳐，能产生60伏、50安的电脉冲，功率高达3千瓦，大鱼被电到也难逃一死。中南美洲的电鳗，其发电电压更可以高达800多伏，是电鱼中电压最高的。

一条活鱼，怎么能够放电呢？从身体里往外放电，不是把自己也给电着了吗？

原来，在电鱼的体内长有奇特的发电器官，各种电鱼发电器官的位置和形状不尽相同。电鳗的发电器官分布在尾部脊椎两侧的肌肉中，呈长菱形；电鳐的发电器官则排列在腹面两侧，形似两个扁平的肾脏。电鱼的发电器官，都是由许多叫做“电板”的盘形细胞组成的。电鳐的发电器官里面共有200万个电板，电鲶的电板数更多，约有500万个。这些电板都浸润在细胞外面的胶质中，由于胶质可以起到绝缘作用，所以电鱼的发电器官发出的电不会使自身触电。电鱼的每个电板，都能产生一定的电压，例如电鳗的一个电板的电压是0.15伏。由于电板数目很多，所以电鱼能够产生强烈的放电。

科学家们发现，除了电鱼能发出强烈的电流以外，世界上一切动物体都能产生微弱的电流。这种由生物体产生的电，就叫做生物电。生物电不是可有可无的，假如离开了它，世界上的一切动物也就不会存在。

去医院看病，为了诊断心脏是否有病，常常要做心电图。心电图就是在身体表面记录到的心脏发出的生物电。我们的大脑也能产生生物电，叫做脑电，输出的电压有0.02-0.1毫伏。同样，脑电可以用固定在头皮上的电极引出，用专门的仪器（脑电仪）记录下来。脑电图也已经成为诊断大脑疾病的常规方法。

有人会问，为什么根据心电图和脑电图，就能诊断有没有疾病呢？

这是因为科学家们通过大量的实验已经证实，人和动物身体内的各个脏器产生的生物电，不是杂乱无章、可有可无的，而是有一定规律，与生理活动有着密切的关系。例如每个正常人的心电图波形是大致相同的，如果波形出现了不正常的情况，也就说明心脏某个对应部位的生理活动出现了病态。除了脑电图，还有医疗上常用的视网膜电图，也是利用了它们的波形与脑和眼生理活动的对应关系，而被应用于诊断疾病的。

通过研究生物电的活动规律，而了解机体的生理机能，这种研究方法已广泛应用在生理学研究之上，并形成了一门独立的科学分支，叫做“电生理学”。电生理学方法，是对人和动物神经系统、感觉器官生理机能进行研究的最主要的方法。

动物猎取食物、逃避敌害、寻找配偶、适应环境，都离不开感觉器官。因为通过感觉器宫，动物体才能获得有关外界环境的各种信息。在眼、耳、鼻、舌、皮肤等执行感觉机能的过程中，一个很重要的步骤，是先要把传递信息的光线、声音、气味、压力和冷热等信号，转换成神经电信号。这些电信号在感觉器官中再经过一定的处理（有一点儿像在电报局编电码那样），而后便经神经传向大脑，从而产生感觉。

让我们以人和哺乳动物的眼睛为例，较为详细地谈一谈生物电在感觉过程中所起的作用。外界物体通过眼球的晶状体（好像照相机的镜头），在视网膜上形成一个光的影像。视网膜上的感觉细胞受到光的照射之后，就把光的强弱信号转变成了电信号，这就是我们通常所说的神经电。与光的强弱相对应，神经电表现为脉冲频率的高低。这样，许许多多感觉细胞同时把它所感觉到的那部分影像上的光信号，转换成了电信号。这些电信号又都通过视神经传到大脑皮层的视区（这个区域是专门掌管看东西的）。经过分析和结合，大脑就像翻译电报似的把这些电信号的含义“翻译”出来，从而感觉到了外界物体的存在，就是我们日常所说“看到了物体”。

正是根据视觉过程产生的这种生物电现象，科学家们找到了一种使盲人重建视觉、使他们复明的有效方法——用人造的装置产生视觉的方法。科学家们把这种视觉叫做“人工视觉”。目前达到的水平，是用一架小型电视摄像机代替失明的眼球，把外界景物成像并转换成一系列电信号；视网膜对影像电信号的处理工作，则由一台微型电子计算机去完成；从计算机出来的电信号由一组起视神经作用的导线引导到贴在盲人大脑皮层视区的几十或几百个电极片上。由于电信号对大脑的刺激，就使盲人获得了视觉。用这种方法获得的人工视觉，由于贴在大脑上的电极数目等一系列限制，盲人感觉到的图像还比较粗糙。但是，经过训练和习惯过程，可以达到为盲人部分地恢复视觉的目的。

生理科学的发展早已证实，伴随着人和动物的所有神经、肌肉、器官和腺体的活动，都有微弱的生物电产生；这些生物电信号在体内的产生和传播，又是这些脏器完成各自的生理机能不可缺少的因素。随着人们对生物电的产生和传播规律认识的加深，不仅使人们加深了对机体生理活动的认识，也出现了一个崭新的科技领域——生物电控制。

我们的一举一动都受着神经系统的支配，都是在大脑下达给肌肉的“指令”控制下进行的。这些指令信号就是一系列生物电信号，表现为电流或电位的变化，可以在身体表面用特制的电子仪器记录到。在肌肉表面记录到的生物电，叫做肌肉电或肌电。肌电实际上是由大脑的指令电信号和肌肉活动产生的生物电两部分组成的。既然生物电是一种电信号，因此它就不仅能够控制人体肌肉的收缩和松弛，而且也能控制和操纵人造的机器，这就是生物电控制。

最早应用生物电控制技术的技术装置是假肢。比如，有一种肌电控制的假手，转动手腕、屈伸手指等动作，是由里面的微型电动机带动机械部件完成的，而控制和驱动微型电动机的，就是从残肢皮肤上引出并经加工和放大了的肌电信号。这种假手活动自如、随心所愿，能够完成正常人手的一些主要动作。

实验证实，把一个人的肌电信号传送给另一个人的相应的肌肉，可使第二个人精确地重复出第一个人的动作。这样，生物电控制就为训练飞行员提供了一个很好的办法，因为这要比用语言和示范动作好得多。而且，可以用磁带把一套动作的肌电信号录下来，对飞行员反复进行训练。

生物电控制技术在高速飞机的驾驶和宇宙飞船的控制上，正显示其重要作用。高速飞机在突然改变航向或航速时，会产生很大的超重，航天飞船在一定的飞行阶段也会有更大的超重。在超重的情况下，人的行动是极其困难的，一个简单的举手、抬脚动作也必须使很大劲才能完成。这样，就会使飞行员或宇航员不能准确操纵和驾驶。人们制成了好多种飞机肌电伺服控制系统和宇航船肌电伺服控制器，很好地克服了超重情况下的驾驶问题。这些系统都可以把在试图做操作动作时所产生的肌电信号，用来控制飞机或飞船，或者用肌电信号驱动一定的机构，给人助上一臂之力，使人顺利完成控制动作。

基于对人体运动肌肉和生物电控制的研究，人们正在研制一种“人形机”。这是一种直接用人的肌电信号控制的机器人，目的是利用它在人难以到达的地方去工作，例如高辐射、高温地区以及深海和宇宙空间或外星球表面等。这种人形机有四肢，装有视觉、触觉和听觉传感器，由人进行遥控：人做一定的动作，各部位产生的肌电信号经放大和计算机处理之后，再变成无线电遥控信号，发送给人形机的相应部位，于是人形机也就重复那个人的动作了。

人们已经了解到，在不同的麻醉阶段，脑电信号是不一样的；呼吸状况的不同，呼吸神经的电信号也不相同。根据这些生理特点，科学家们已经将生物电控制直接用于维持人的生命或治疗疾病。有一种自动麻醉机，是用病人的脑电进行控制的，能够恰到好处地自动供给或撤除麻醉药物。有一种自动人工呼吸器，是用呼吸神经信号控制的，这是目前最理想的抢救器械。还有一种心搏同步器，则是从心电中得到控制信号的。

在人类社会，开动各种机器和装置的电，作为一种能量，已经改变了人类生产和生活的面貌。在动物世界，那无数活的发电机源源发出的电，则是作为一种威力无比的控制信息使生命富有活力。我们相信，人类从生命之电得到的启迪，必将使人类的生产和生活锦上添花!