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无需用眼,大脑直接成像,失明的人也能重新“看见”

2021-01-01 08:46 作者: 来源: 本站 浏览: 52次 字号:

摘要:   绕过人眼,只需往大脑中植入一个装置,在电流刺激后,就可以让失明患者成功复明?   对,没错,这不是科幻片,这是科学家们对于失明患者重获视觉的一项研究。   这种植入视觉的研究,已经持续了数十年,由于植入装置上的局限,目前能重现的视觉像素,还非常有限。   ...

  绕过人眼,只需往大脑中植入一个装置,在电流刺激后,就可以让失明患者成功复明?

  对,没错,这不是科幻片,这是科学家们对于失明患者重获视觉的一项研究。

  这种植入视觉的研究,已经持续了数十年,由于植入装置上的局限,目前能重现的视觉像素,还非常有限。

  不过,在最新的Science上,这一领域取得了重要突破:研究人员开发出了高分辨率的装置,让更复杂更多像素的视觉重现,成为可能。

  在之后的验证中,通过电流刺激,这个装置,成功让实验猴「看见了」。

  

  这项研究,是由荷兰神经科学研究所等院校团队带来的。

  绕过人眼,植入视觉,高分辨率?这都是怎么做到的?就让我们来详细看看。

  绕开人眼的视觉:光幻视

  绕开人眼产生视觉,是通过一种名为光幻视的生理现象实现的。

  大家现在可以闭上眼睛,用手去轻微摁压眼珠,是不是能感觉到有光圈?

  对,这就是光幻视,这是由外界受到了的刺激,传递给了大脑,所产生的光感。

  

  除了机械刺激外,研究发现,电刺激、磁刺激以及药物,都可能产生光幻视。

  早在数十年前,便已有实验表明:当电流刺激大脑特殊位置时,会产生光幻视。

  这种直接刺激大脑产生的光幻视,便真正地让「绕开了人眼、产生视觉」成为可能。

  高分辨率的植入装置

  正是基于电流和光感之间这种独特的联系,研究者们一直尝试开发了一种电极植入物,来作为研究的桥梁。

  这种植入物,是帮助生成视觉的人工装置,被称作皮质视觉假体(CVPs)。

  理论上,可以将人工生成的图像转换成电流信号,通过装置刺激大脑,最后创造出可感知的视觉。

  

  但是,以往类似的植入电极,总是受到位置、功率和数量的限制,产生的光幻视感知像素往往是很少的。

  而在这项研究中一大亮点,便是研究者开发出了新装置:相对于之前,有了更高的分辨率,包含1024个电极的阵列。

  1024个电极是什么概念?简单理解的话,可以将一个电极的刺激,理解成一个像素点。

  在正常情况下,创造一个字母形式的感知,只需要8-15个像素点。

  而这次共有1024个电极,极大地提高了目前已有的感知「像素」,这为产生更加复杂的光幻视图像,打下了基础。

  之后,在猴脑实验中,这一装置的可靠性和有效性,也得到了验证。

  在验证实验中,研究者将这个电极装置,植入了两只猴子的大脑视觉皮层。

  这些猴子,在事先已经接受了特定形状(如字母)的识别训练。

  研究人员让受试猴子由易到难,完成了一系列的测试:

  通过眼球运动,报告单个刺激产生光幻视的位置;

  多个电极同时产生微刺激,创造一个字母形式的感知;

  一系列电极进行微刺激,产生在某个方向上的运动。

  最终结果显示,通过植入的人工装置,猴子能够产生视觉感知,并成功识别出形状,这些感知包括移动的点、线条和字母等。

  他们能够立即识别出这些特定视觉形状,就像它们真的通过眼睛看见了一样。

  重见光明,还有几步路

  这项最新研究,带来了希望。不过,到重见光明,还有几步路要走。

  研究人员在最后总结中,给我们列举了还需解决的几个关键问题:

  在装置上,需要进一步提高电极密度,减少体积,增加像素;

  在通信上,有必要创建具有高通道数的无线技术;

  装置材料上,还得改进生物相容性电极,以减少或避免装置给人体带来的副作用。

  不过,虽然还需要攻克几大难关,但是这项研究带来的高分辨率像素,已经是一个重大的突破。

  

  该研究的通讯作者Roelfsema,便这样说道:

  我们植入视觉皮层的电极的数量,以及我们能够产生高分辨率人工像素的图像,都是前所未有的。

  完全有理由相信,盲人复明,未来可期。

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