对于全球 5000 多万盲人来说,重见光明是一个遥不可及的梦想。而为了与盲人朋友进行交互,我们发明了盲文,用各种凸起的字符集合来表达各种意思。但这种通过手指触摸来识别的方式太过低效。
随着脑科学研究的深入,以及脑机接口技术的发展,科学家们开始尝试开发能够让盲人看见东西的高科技设备:视皮层视觉假体。
5 月 14 日,国际顶级期刊《细胞》杂志发表了一项黑科技成果,来自美国贝勒医学院 Daniel Yoshor 教授带领的研究团队,通过动态电流电极刺激大脑皮层,成功在受试者脑海中呈现指定的图像。
Daniel Yoshor 教授表示:“当我们使用电刺激在患者大脑上直接追踪字母时,他们能够‘看到’预期的字母形状,并正确识别出不同的字母。他们把这些字母描述成发光的斑点或线条,就像正常人看到天空中出现的字母一样。”
绕过眼睛,直接植入视觉信号
我们知道,人类之所以能够看到、听到、摸到周围的世界,是因为我们的眼睛、耳朵、皮肤会将环境刺激信号传输到大脑皮层,并在皮层相应区域产生神经元活动。正是这些神经元的活动,才形成了我们对外部环境的真实感知体验。
当然,大脑皮层偶尔也会错误地形成一些真实世界并不存在的感知体验,比如幻听、幻视。
而对于绝大多数盲人来说,失明主要是由于眼睛或者视神经受损,而大脑与常人无异。因此,数十年来,科学家一直想开发一种设备,直接绕过受损的眼睛和视神经,直接将视觉信息传递给大脑,从而使盲人恢复视力。
这种设备被称为视皮层视觉假体(visual cortical prosthetic)又名“仿生眼”,是一种将图像信息进行人工处理与编码,通过插入的微电极阵列对视觉神经系统进行刺激,使盲人恢复部分视力的人造器官。
早在 1996 年,来自美国犹他州的世界著名高等学府犹他大学的研究人员就成功开发出了视皮层视觉假体,长度为 1.5 mm 的 100 个针状电极呈 10×10 正方形排列在厚 0.2 mm、面积为 12.96mm2 的金属薄片上。
在当时的实验中,研究人员将电极植入患者脑内,刺激大脑皮层,成功让患者产生了“光幻觉”,患者可以描述研究人员预测的颜色,并且跟随光斑的位置转动眼球。
随后,研究人员又对视皮层视觉假体进行了改良,开发出了经颅刺激的无痛、非入侵式的方法,可以使正常人和盲人产生“光幻觉”,同时也可以用来确定患者的视觉皮层是否正常,用于帮忙筛选合适的“仿生眼”移植者。
然而,即使经过改良,这些视皮层视觉假体依旧不太成功,因为这些方法仅仅将每个电极视为可视显示器中的像素,通过同时刺激了多个电极,参与者虽然可以“看到”到光点分辨颜色,但却无法识别有用的信息,例如文字和图像。
闭上眼,脑海中浮现了字母
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Cell, Beauchamp et al.: "Dynamic Stimulation of Visual Cortex Produces Form Vision in Sighted and Blind Humans"
https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.033
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