心律不整的患者配戴植入體內的心律調整器，隨時監控並調整心跳，但此類裝置其實並不安全，它有可能會傷害人體組織，有可能沒電，甚至有可能駭客入侵進而害死患者。科學家利用病患自己的心跳當密碼，可以大幅減少植入式醫療裝置反而變成殺人工具的問題，而從幹細胞中培養出光敏感心肌細胞，甚至可能與原生細胞共存，完全取代植入裝置的功用。

心心相映保你一命

如果你常看電視影集，可能見過某些人用攻擊對方心律調整器的方式致人於死地。怎麼做到的？其實這些心律調整器也是一種無線裝置，你甚至可能在家裡或公司裡的Wi-Fi路由器上看到它。為什麼要設計成這樣開放？因為在遇到緊急狀況時，急救員需要快速存取裝置裡的資料以便救人一命，但是也因此留了一扇讓人隨意進入的大門。

所以，如果被駭，心律調整器本身就可以奪去使用者的性命，如果他正好是什麼大人物或關鍵的目標的話，再多保鏢也沒有用；一般人也別以為沒人想害你，誰知道有沒有此類專家失心瘋拿著發射器亂按，你的心律調整器又正好接收到他的訊號？

因此美國德州萊斯大學(Rice University)的電子與電腦工程師 Farinaz Koushanfar 與研究生 Masoud Rostami 就設計了一款叫”Heart to Heart”的認證系統，為植入式的醫療裝置提供安全保障。他們的研究成果將在11月於德國柏林召開的電腦與通訊安全會議上發表。

“Heart to Heart”利用病患本身的心跳做為「密碼」，並且必須與病患接觸到才能使用。植入裝置本身要有相關軟體，以便與急救員手持的外部裝置溝通。外部裝置會先擷取一段病患的心電圖，並與體內的植入裝置比對，兩邊資料相同，其他人才能存取植入裝置的資料。

▲急救員手持暱稱為Programmer的外部裝置與病患的植入醫療裝置(IMD)比對密碼，才能存取資料。(圖片來源: Rice University)

Rostami 表示心跳的訊號每一秒都不同，此認證系統擷取的資料，也就是比對用的密碼，也因此每次都不一樣，無法預測或預先準備。 Koushanfar 表示”Heart to Heart”可以應用在數百萬已經使用中的植入裝置，而且耗電量低，不是一般電腦使用的加密技術，透過無線網路，更新軟體也很容易。

光敏感心肌細胞產生心跳

現在的心臟起搏器或除顫器都是一個實體的裝置，必須以侵入性的方式安置在胸部或腹部，以確保心跳維持在適當的頻率，不會太快也不能太慢。不過是實體的，就有可能因為電極的關係傷害到體內的組織，或是電池如果沒電的話，馬上就有生命危險。因此史丹福大學醫學院心血管醫師 Oscar Abilez 針對心律不整所研究的生物工程與光驅動、非實體裝置的解決方案，就格外有意義。

他利用幹細胞發展出一種光敏感心肌細胞，裡頭包含一種叫 opsins 的蛋白質，當光線照到它時，會發出電子訊號給整個細胞，如此便能控制心跳的頻率。目前為止他們已經可以做到讓 opsins 針對特定波長的藍光反應，並且釋出黃光回饋。

未來在植入這些心肌細胞後，必須與既有的細胞「連線同步」，因此目前他們正在嘗試讓人體內細胞能接受這些外來的心肌細胞。他們的最終目標是讓外來的心肌細胞與原生細胞緊密結合，例如彼此形成間隙連接(gap junctions)，如此一來隨著時間推移，連光驅動這個程序都可以省略。

(圖片來源: Wikimedia Commons)

他們要做的工作還有很多，比方說光的來源為何？是否會跟之前的實體裝置一樣，必須要在胸部植入一條光纖線並連接光源，或是也許放在體外就可以做到？Oscar Abilez 表示，這項研究進行到臨床階段至少還要10年。

(封面圖片來源: National Science Foundation)

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