在贝勒医学院的一间黑暗房间里,研究人员要求参与者看一看电脑屏幕上的黑屏,并指向显示器上不同位置间隔出现的一个白色方格。大多数时间,他们可以成功地指向方格,即使每个参与者已经完全失明多年。
尽管他们的眼睛里没有视觉功能,但他们能够通过使用仪器,一种已经通过手术植入大脑的视觉皮质假体来观看。这种仪器正在贝勒医学院被进行测试,简单地说,研究人员绕过了不起作用的光学神经,并将仪器装置的一部分摄像机所看到的视觉信息直接输入大脑。
“多年来,我们一直在研究大脑如何编码视觉信息。当你想到视觉时,你会想到眼睛,但大部分工作都是在大脑中完成的。投射到视网膜上的光脉冲被转换成神经信号,沿着视神经传递到大脑的部分部位,“吉肖尔说,他也是贝勒圣卢克医学中心的神经外科主任。“在未来,我们希望利用我们对大脑如何处理视觉信息的理解来开发一种视觉假体,以恢复盲人有用的视力。”
虽然视觉皮质假体的想法已经存在多年了,但这项技术终于有了足够的进步,使这项临床试验成为现实。该仪器由一个有60个电极组成的大脑植入物组成,这些电极可以将刺激模式传递到大脑的视觉部分。在大多数后天失明患者中,视觉大脑未受损害,但相对不被使用,因为没有任何信息是从眼睛传递出来的。该仪器使用安装在一副眼镜上的照相机捕捉图像,然后直接向大脑传递一种刺激模式,以产生相应的视觉图像感知。
研究人员解释说,我们的大脑包含不同的视场地图;视觉世界中的每一个点都有一个对应的脑点,它代表着那个空间位置。研究人员多年来一直知道,如果他们刺激某人的大脑在一个特定的位置,一个光点可以产生在一个特定的视觉点。这可以在盲人和有视力的人身上产生。
“理论上说,如果我们大脑中有成千上万的电极,我们就能产生丰富的视觉图像。想想看,一幅画用的是点,成千上万的小斑点聚集在一起,形成一个完整的图像,“吉肖尔说。“我们也有可能通过刺激大脑枕部的数千个点来达到同样的效果。”
作为实现这一目标的一步,首先需要绘制每个视觉点的地图。这就是在贝勒医学院那个黑暗的房间里发生的事情,在那里,盲人研究参与者已经在使用第二视觉装置了。
本杰明年轻时就失去了视力,他一生中的大部分时间都是在黑暗中度过的。他说,当他走近窗户或门口时,他就能分辨出来。已经失明近十年的保罗说,当他戴上眼镜和妻子在晚上散步时,他就能分辨人行道和草地是在哪里分界的。他还能分辨出他的白色沙发在哪里。 本杰明和保罗都认为这很令人兴奋,菲利普还补充道:“即使只是目前的光点,也算是能看到一些东西,这实在是太神奇了。”
根据研究人员说,这是一项早期的可行性研究。他们正在评估有关初步临床安全性和设备功能的设备设计概念,到目前为止,结果是有希望的。虽然他们的研究对象能够识别某些物体所在的位置,但患者现在没有看到物体的形状或清晰的边缘;患者看到的是与物体所在位置相对应的少量光点。患者也许能够看到一个物体在他们的视野中,但患者不知道该物体是一个杯子还是一个棒球。
现在研究人员在贝勒实验室所做的工作是改善设备和大脑之间的最佳界面,这可能会指导对设备的任何修改,这样研究者就可以更接近于我们的参与者能够看到形式和形状。
研究者之一说:“我们距离我们希望实现的目标还有很长的路要走,目前我们正在使用一种叫做动态刺激的技术,在这种技术中,我们可以在植入的电极阵列上以横扫的方式刺激大脑。大脑非常善于探测变化,所以当我们随着时间的推移改变模式时,我们发现我们创造了更丰富的视觉体验和有用的视觉功能恢复,不仅仅是光点,最终形成和形状,最后是清晰的图像。”
这种视觉皮质假体装置只适用于那些生来就有视力但后来失去视力的人。如果一个人生来是盲人,那么大脑中支持视力的部分就没有得到充分的发展,视觉信息也无法有效地传递到大脑。因此,本发明的视觉皮质假体装置是专为后天性失明患者设计的。
研究人员说道:“对于后天性失明的患者,大脑的视觉区域仍然是完整的和功能性的,但只是没有眼睛的输入来激活这些部分,激活让我们看到的神经元。”我们现在有了直接启动这些神经元的潜力。这是神经科学和神经技术的一个令人兴奋的时期,我觉得在我的有生之年,我们可以恢复盲人的功能性视力。”
这真的是一项造福人类的研究,希望他们能更有所突破!
这真的是一项造福人类的研究,希望他们能更有所突破!