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這么厲害?新大腦植入技術或助盲人恢復視力!

2020-05-21 10:10:47  來源:網易智能

5月20日消息,《細胞》雜志5月14日發表了一項新研究,科學家們通過電流刺激人們大腦,成功誘使他們的大腦看到并不存在的字母。

這項實驗在視力正常的人和成年后失去視力的盲人身上都獲得了成功。雖然這項技術仍處于早期階段,但大腦植入物未來可能會被用來刺激大腦,并在一定程度上恢復人們的視力。這種植入物被稱為視覺修復植入物,它被放置在視覺皮層上,然后以一種特定的模式刺激大腦,測試者就可以“看到”特定的形狀。

研究報告的作者,貝勒醫學院的神經科學家邁克爾·比徹姆和神經外科醫生丹尼爾·約肖爾表示,這種設備的早期版本可以讓測試者感受到不同的形狀。耳蝸就是通過電極刺激內耳神經,幫助佩戴者增強聽力,升級版的植入物工作原理與之類似。

眼冒金星?光幻視

電流刺激使大腦產生了“光幻視”,也就是人們在沒有任何光線進入眼睛的情況下感知到了微小光點。這與光線從物體反射進入你的眼睛不同,光幻視就像視覺系統的一種“怪癖”,讓你看到實際上并不存在的光點。例如,當你在黑暗的房間里揉眼時,你可能會看到光幻視。

馬薩諸塞州總醫院視覺修復實驗室的負責人、哈佛大學神經外科學助理教授約翰·佩扎里斯指出,揉眼時出現的光點被稱為“機械性光幻視”,最早是由古希臘哲學家和生理學家阿爾克邁翁提出的。1755年,法國內科醫生查爾斯·勒·魯瓦發現用電流刺激大腦也可以產生光幻視,盲人也不例外。

研究人員將電極植入視覺皮層,目的是讓測試者的大腦產生光幻視并使其組成連貫的形狀??茖W家們假設,如果他們刺激大腦皮層的多個點,多個光幻視就會出現,并“自動結合”成可理解的形狀,這有點類似于電腦屏幕上的像素。

比徹姆和約肖爾說:“大腦遠比電腦顯示器復雜,而且由于我們還不完全了解的原因,實際上很難從光幻視的組合中產生可識別的形狀。”雖然在研究中也遇到障礙,但他們找到了一種克服障礙的方法。

如何在大腦中“繪畫”

研究小組在5名測試者的視覺皮質上放置了一組電極,其中3人視力正常,2人失明。電極位于大腦的V1區域,也就是視網膜的信息進行早期處理的區域。視力正常的參與者為了治療癲癇已經通過手術植入了電極,盲人參與者也在另一項視覺修復的研究中植入了電極。

V1區域類似于地圖,它的不同區域對應于我們視野的不同區域。研究人員發現,如果他們一次激活一個電極,參與者可以在預期的區域看到一個光點。但是如果多個電極同時連接,單個的光點仍然會出現,但不會形成連貫的形狀。

兩位研究人員表示,大腦是專門用來檢測我們周圍環境變化的,他們認為,大腦應該會跟蹤光幻視接連出現的模式。

因此,兩位研究人員嘗試了一種不同的策略。他們在兩個電極之間制造光幻視,并將電極之間的點連接起來。利用這種方法,研究人員在V1表面成功繪制了W、S、Z等字母形狀。當然,這些形狀必須是上下顛倒的,視覺信息也是如此傳遞到視覺皮層的。結果,參與者們成功“看到”大腦追蹤的形狀,并在觸摸屏上精確地重現它們。

未來可期的新技術

荷蘭神經科學研究所所長彼得·羅弗西馬在發表于《細胞》雜志上的文章中寫道:“在這項研究能夠應用于有用的視覺假肢之前,我們還有很多挑戰需要克服。”

研究人員稱,未來的視覺假體可能會包含成千上萬個電極,而這項研究只使用了幾十個。此外,這些電極可能會穿透視覺皮層,這樣電極尖端就更接近皮層表面以下幾百微米的神經元。

佩扎里斯說,與大腦皮層表面的電極相比,穿透皮層的電極能產生更弱的電場,并產生更精確的光幻視。他指出,雖然表面電極能夠利用強大的電場到達組織內的腦細胞,但有時會導致相鄰或重疊的細胞同時受到刺激。

羅弗西馬表示,為了使視覺假體起作用,需要發明一種新電極,并在很長一段時間內與腦組織兼容。目前的大腦植入物會給大腦造成損傷,而且作用時間不夠長。

然而,對于一些病人來說什么形式最好取決于在他們大腦深處植入電極的風險。此外,致盲的原因有很多種,因此一些患者可能需要深度植入電極,另一些患者可能需要表面電極,還有一些患者可能需要直接植入視網膜。

研究人員稱,最重要的是讓視覺假體能夠幫助盲人改善生活質量。這意味著,除了優化物理電極及其操作方式外,科學家還必須開發可靠的軟件,幫助用戶過濾和處理視覺信息,只有這樣整個系統才能真正幫到他們。

佩扎里斯在談到視覺修復技術時說:“從根本上說,我們必須牢記的一件事是,失明并不會危及生命,因此需要用足夠的好處來抵消其中的風險。”(編譯/過客)

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