新技术助盲人恢复视力

网格状光电二极管被植入视网膜黄斑变性患者的眼睛。资料来源:巴黎皮克斯视觉有限公司

2014年，美国监管机构批准了一种治疗失明的新方法。这种名为Argus II的设备可以通过安装在眼镜上的摄像头向眼睛后部大约3x 5毫米的栅格电极发送视觉信号。Argus II用于替代遗传性色素性视网膜炎中失去的感光细胞信号。根据设备制造商第二视觉，世界上大约有350人在使用Argus II。

阿格斯II提供了一个相对粗糙的人工视觉，用户看到的漫射光斑是视错觉。“病人没有放弃他们的盲人工作人员或导盲犬，这是最基本的标准。”斯坦福大学的物理学家和视觉假体研究者Daniel Palanker说。

但阿格斯二世只是一个开始。

现在，帕兰克和其他研究人员的目标是用更精确的方法刺激眼睛或大脑中的细胞。在最近的神经科学学会年会上，科学家们分享了这一领域的一些进展。一些研究已经进入人体实验阶段。“这是一次真正的、最后的考验，这是一个激动人心的时刻，”帕兰克说。

几种常见的眼科疾病通过破坏感光细胞来影响视力。感光细胞是视觉信息从眼睛传递到大脑的第一个细胞。视觉信息通过的大脑其他部分通常保持功能:双极细胞接收来自光感受器的信号；视网膜神经节细胞形成视神经，并将这些信号传递给大脑。大脑后部的多层视觉皮层将信息组织成有意义的视觉。

将空间中的相邻点投影到视网膜上的相邻点上，最后激活视觉皮层信息区的相邻点进行早期处理。因此，视觉场景可以被映射到信号的空间模型中。然而，这种空间映射在传输过程中会变得更加复杂，因此研究人员的目标是激活尽可能靠近信号起点的细胞。

帕兰克尔的团队设计了一个约400“像素”(二极管)的视网膜植入物，来代替视网膜的部分空间映射。来自外部世界的视频流在近红外光下显示在眼镜内。植入物的“像素”将它们转换成电信号，刺激视网膜上的双极细胞。总部位于巴黎的Pixium Vision正在对五名黄斑变性患者进行测试，他们的感光细胞受损。

帕兰克尔在神经科学学会年会上展示了一段视频，视频显示植入视觉假体约一年的参与者可以识别桌子上的物体，阅读印刷或屏幕上的字母。帕兰克尔说:“虽然书上的文字还不能识别，但人工视觉可以帮助病人很好地识别书名。”据报道，帕兰克的团队正在努力减少二极管，创造更好的“像素”和更清晰的视觉在不削弱信号强度太多的前提下。

为了达到比电眼刺激更高的精确度，其他研究小组将把他们的研究转向光遗传学，一种利用光激活细胞的技术。

在GenSight Biologics进行的一项临床试验中，研究人员将一种携带光蛋白基因的无害病毒注入五名视网膜色素变性患者的眼睛。携带这种基因的视网膜神经节细胞可以对投射到眼睛里的红光做出反应。匹兹堡大学医学院的神经科学家何塞·阿兰·萨赫勒正在测试这项技术。

然而，对视网膜细胞的治疗不能帮助那些由于眼外伤或青光眼和其他疾病而遭受严重视神经损伤的人。

另一种治疗方法是在患者的视觉皮层植入60个电极，并通过安装在眼镜上的摄像头向大脑发送信号。植入一年后，5名盲人中有4人能够在黑屏上找到拳头大小的白色方块，并且他们都能检测到屏幕上白色条的移动方向。“我们深受鼓舞。”加州第二视觉研究所的科学研究主任鞠波·多恩说。

在大脑表面放置电极有一定的缺陷，因为激活底层组织中的目标神经元需要相对强的电流，所以同时激活多个电极可能会导致癫痫。激活相邻的电极可以刺激它们之间的组织，并将两个离散的视觉点融合成一个小点。

然而，在神经科学学会的年会上，美国贝勒医学院的“第二视觉”的合作伙伴提出了证据，证明60个电极可以在大脑表面的60多个位置产生磷酸基团。他们采用了一种被称为“电流控制”的技术，这种技术已经被应用于耳蜗植入以增强音高感知。

穿透视皮层的电极可以更靠近目标神经元，组织中更小更精确的点可以被更低的电流激活。最近，荷兰神经科学研究所彼得·罗尔塞马实验室的神经科学家陈星将1000个穿透电极植入两只视力正常的猴子的大脑。通过一次激活10到15个电极，这两只猴子可以区分研究人员闪入他们视野的不同字母。勒夫西玛希望在2023年进行人体试验。

纽约下州立健康科学大学的神经科学家斯蒂芬·麦克尼克警告说，大脑最终会在植入的神经丝周围形成一道疤痕，将它们与目标神经元隔开。他说:“这种植入物在未来会破坏所有其他植入物的皮层，最好的情况是，使用者不会看到太多物体。”

Macknik认为，光遗传学有望重新获得更敏锐的视觉，穿透电极是不道德的。在会上，他提出了一项名为OBServ的技术，该技术将把光敏蛋白基因添加到神经元中，这些神经元通过位于大脑底部的信号中继站到达视觉皮层。他解释说，这些细胞可以被来自大脑表面的光激活。

然而，像OBServ这样的皮质光产生系统短期内不会在临床上使用。研究人员仍然需要证明哪些病毒能够安全可靠地将视蛋白基因注射到特定的神经元中，这些神经元需要在神经元中保留很多年。他们还需要在头骨下植入一个高度精确但紧凑的装置，可以向大脑发出闪光并读出神经活动。

然而，许多研究人员表示，将超精密视觉传递给大脑的障碍之一是找出大脑可以解释的刺激模式。贝勒大学的神经科学家威廉·博斯金说:“拥有一百万个电极或完美的空间光基因激活并不意味着所有问题都已经解决。我们需要学习如何与大脑皮层交流。”