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科学家发明大脑植入物，可以让盲人重见光明

晰数塔互联网快讯
2019-12-27 15:22

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编者按：让盲人重见光明一直是很多人的希望，对此科学家也付出了很多的努力。在本文中，一名因为车祸失去视力的患者接受了一项视觉恢复的实验，这是一种大脑植入物，能帮助后天致盲的人获得有限的视力。目前来说，这项技术还很不成熟，仅仅处于实验阶段，而且安全性未知。本文译自Medium中原标题为“A Blind Man Sees His Birthday Candles Again, Thanks to a Bionic Eye”的文章

2011年12月，一场可怕的车祸将杰森·埃斯特豪森撞晕。当他在南非比勒陀利亚的一家医院醒来时，他已经看不见了。这场车祸毁掉了他的眼睛，使他完全失明。

埃斯特豪森崩溃了。当时，他23岁，正在学习成为一名飞行员。事故发生后的头两年是最艰难的。“生活瞬息万变，”他告诉记者。“我曾经开过飞机，骑过摩托车，开过自己的车。但现在什么都没有了。”

埃斯特海森最终接受了运动康复，并且学会了如何阅读盲文，使用辅助设备，并在电脑上工作。2013年，他收看了一个电视新闻片段，内容是一家公司正在研究一种大脑植入物，可以为像他这样的人制造人工视觉。总部位于加州锡尔马的“第二视觉”公司刚刚在美国获得了一项视网膜植入手术的批准，该手术旨在帮助那些因一种罕见的遗传性疾病——色素性视网膜炎而失明的患者。埃斯特海森不是那种装置的候选人。但到2018年，该公司已经开发出一种可以改变他生活的大脑植入物。

现在，这个公司有一个小型临床试验，埃斯特海森是接受这项实验的6名盲人患者之一，这项实验中所用到的设备叫猎户座（Orion）。它的目的是为那些因多种原因失明的人提供人工视力，包括青光眼、糖尿病视网膜病变、视神经损伤或疾病以及眼睛损伤。如果这种方法能起效果，并且能够被被证明是安全的，那么它和其他大脑植入物可能会帮助更多的盲人。

当埃斯特海森在2018年初得知他是该试验的候选人时，他和他的妻子离开了他们在南非的家，搬到了洛杉矶参加这项研究。他说，这个装置让他七年来第一次感觉到了生活的希望。

从外面看，猎户座看起来就像一副太阳镜，附带一个小摄像头和视频处理单元(VPU)。然而，在大脑中植入的是一个大约邮票大小的芯片，包含60个电极，位于大脑处理视觉信息的视觉皮层。当设备被打开时，摄像机捕捉穿戴设备的人的周围环境，无线视频处理单元使用一种算法将这些图像转换成电脉冲。这些脉冲被传输到大脑的电极上，电极会把这些脉冲转换成相应的视觉信号。

科学家发明大脑植入物，可以让盲人重见光明

大脑植入这项技术让猎户座有别于“阿戈斯”（Argus）和市场上其他所谓的“仿生眼”。“仿生眼”设备不需要进行脑部手术。那些设备仅仅需要把电极植入到患者眼睛后面的视网膜上。而且这些视网膜植入物要求患者的眼睛里需要存留一些功能细胞，这就是为什么视网膜植入物目前只被批准用于视网膜色素变性患者的原因。在340万失明或视力受损的美国人中，视网膜色素变性患者只占其中的一小部分。

“根据我们目前正在测试的系统，你甚至不需要有眼睛就可以让设备工作。”

色素性视网膜炎会导致感光细胞逐渐死亡，导致视力下降。但是另一种被称为神经节的视觉细胞，它们能直接与大脑进行交流，这些细胞仍然保持完整。视网膜植入物，如“阿戈斯”和法国的“皮可斯视觉”（Pixium Vision）公司和德国的“视网膜植入”（Retina Implant）公司制造的视网膜植入物，旨在刺激这些细胞，它们沿着视觉神经将视觉信息传递到大脑。全世界大约有350名视网膜色素变性患者接受了“阿戈斯”设备。

但是，与“阿戈斯”共享大部分技术的“猎户座”完全绕过了眼睛和视觉神经。加州大学洛杉矶分校罗纳德·里根医疗中心的神经外科医生纳德·波拉提安(Nader Pouratian)说:“根据我们目前正在测试的系统，你甚至不需要眼睛就能让设备工作。”作为加州大学洛杉矶分校这项试验的主要研究者，他已经为四名患者配备了这种装置。另外两名研究参与者接受了来自德克萨斯州休斯顿贝勒医学院的丹尼尔·约肖尔博士的植入物。

尽管有感染或出血的风险，也有植入物不能起作用的可能性，埃斯特海森还是毫不犹豫地接受了脑部手术。

当研究人员在手术后第一次开启植入物时，他们需要测试每一个电极，一共有60个。记录在患者开始看到光之前，每个电极需要接收多少电流。他们利用这些信息为每个病人定制了一个程序，这个过程耗时数月。

现在，埃斯特海森和其他参与者在完全失明数年或数十年后，恢复了有限的视力。虽然他们看不见颜色、形状或清晰的边缘，也不能阅读文本，但他们能够区分明暗，能够识别移动的物体，而且他们有一定程度的深度知觉。人和物体以光点的形式出现，与它们所在的位置相对应，当它们靠得越来越近，就会出现更多的光点。“这就像学习一门新的语言。”埃斯特海森说，“你要学习如何解释正在发生的事情。”

患者定期与加州大学洛杉矶分校(UCLA)和贝勒大学(Baylor)的视力研究人员见面，测试该设备并学习如何使用。在一个练习中，他们面对着一个黑色的电脑屏幕，在黑色屏幕中会有随机的白色方块出现，他们需要指出白色方块出现的位置。大多数时候，他们可以成功地指出白色方块的位置。

这不是一种自然的视觉，但是波拉提安说，这种设备可以让参与者完成他们以前无法完成的日常任务。他说:“不是说这个系统帮助他们变得完全独立了，而是当你什么都看不见时，能看到一点点东西就变会得非常有价值了。”

埃斯特海森说，他觉得现在独自离开公寓更安全了，因为他现在可以看到汽车过来了。现在，他可以整理衣物，甚至在家里找到一些特定的物品。

视觉始于眼睛，但大脑才是识别和解释图像的地方，但是大脑处理视觉信息的这个过程基本上还是个谜。科学家们知道大脑中能感知视野，而且视野中的每个位置都由大脑中一个独特的位置来处理。但是他们还没有找到确切的位置。这就是为什么猎户座和视网膜植入物目前只能创造有限的视觉范围。

“与神经元相比，我们的电极要大得多，所以我们同时刺激了很多神经元，而大脑对所有这些刺激都进行了处理。”这项临床实验负责人、科学事务的副总裁杰西·多恩(Jessy Dorn)说。“我们的技术没有精准地控制每个细胞。”

为了安全起见，埃斯特海森和其他病人接受的植入物只使用一个电极阵列来刺激左侧大脑。因此，他们只能从右侧视野中感知视觉线索。如果这个阵列被证明是安全的，那么接下来这项实验计划在大脑的两侧都植入一个电极阵列。多恩表示，该公司还在研究改进技术的方法，以提高患者的分辨率和视力范围。

该公司希望将植入的电极数量增加到150至200个。它正在改进它的摄像头和处理单元，增加包括热量感知、面部和物体识别等功能。

科学家发明大脑植入物，可以让盲人重见光明

研究人员还试图通过研究如何更好地模仿神经元群的放电来实现更自然的视觉。“众所周知，我们可以刺激大脑来产生视觉感知，但是为了最大化视觉感知，我们还有很长的路要走。”波拉提安说。

明尼阿波利斯市视网膜中心(Retina Center in Minneapolis)主任、美国眼科学会(American Academy of Ophthalmology)临床发言人阿比什·巴夫萨尔(Abdhish Bhavsar)博士表示，还需要进行更多的脑部测绘研究，为患者提供更大范围的视觉感知。他说:“要理解刺激大脑在视觉方面的作用，我们还有很长的路要走。”“如果我们能绘制出一幅大脑地图，显示出具体是什么部位产生了什么类型的图像，或者什么部位感受到了什么样的信息，那么我们就可以据此开始制作相应的设备。”

猎户座的早期结果是令人鼓舞的，但是用于视觉恢复的大脑植入物仍处于初级阶段。安全性是一个主要问题。在猎户座试验中，一名患者在植入设备后发生了癫痫。接受这种植入的人需要随访数年，以确保以后不会出现并发症。随着时间的推移，大脑中的电极也会形成疤痕组织，慢慢地就无法继续工作了。所以目前还不清楚这些植入物能持续多久。第二视力公司的多恩说，猎户座设备使用的电极至少可以工作五年。这意味着患者最终可能会失去他们通过该设备获得的那一点点视力。

猎户座的另一个主要限制是，它只对那些天生有视力，后来失去视力的人有用。天生失明的人，大脑中负责视觉的部分没有完全发育，视觉信息不能有效地传递到大脑。一种可以帮助所有盲人的设备还有很长的路要走。

如果美国食品药物局（FDA）最终批准了猎户座，也不是所有患者都愿意接受这种脑部手术的。而且该设备也可能很昂贵。像“阿戈斯”这种视网膜植入物的成本就要大约15万美元，尽管它在许多州都有医保覆盖。

埃斯特海森对视觉辅助技术的未来充满了希望。他说:“目前这只是一小步。但我认为，这项技术最终将改变数百万人的生活。”

译者：小灼