能看到一條畫在白板上的黑線，對一個普通人來說沒什么了不起，但對于失明16年的戈麥斯來說，卻是十分驚喜的。
因視神經(jīng)病變破壞了連接眼睛和大腦的神經(jīng)，42歲的戈麥斯至此失明，甚至感受不到一點光線；16年后，一項“新技術(shù)”讓58歲的她重見光明——雖然看到的僅是黃白色的點和圖案。
佩戴著裝備有相機的眼鏡的戈麥斯
類似人工耳蝸與起搏器
這歸功于一副經(jīng)過改進的眼鏡，該眼鏡被涂黑并配備了微型相機——已連接到處理實時視頻輸入的計算機，并將其轉(zhuǎn)換為電子信號。 懸掛在天花板上的電纜將系統(tǒng)連接到嵌在戈麥斯頭骨后部的端口，該端口與大腦后部視覺皮層中的100電極植入物相連。借助該系統(tǒng)，她能看到吸頂燈、人和印在紙上的字母、基本圖形，甚至能玩一款簡單小游戲。
以上是米格爾·埃爾南德斯大學(xué)神經(jīng)工程系主任愛德華多·費爾南德斯（Eduardo Fernandez）數(shù)十年研究的成果。而長期以來，大多數(shù)研究者都嘗試通過人工眼睛或視網(wǎng)膜，幫助失明患者恢復(fù)視力，取得了一定成功。在商業(yè)化案例上，尤以Second Sight較為典型，它分別在2011、2013年獲得批準(zhǔn)，在歐洲和美國銷售人造視網(wǎng)膜。
但對那些連接視網(wǎng)膜和視覺皮質(zhì)的神經(jīng)受到損害的患者而言，這種方法并不管用。費爾南德斯通過植入技術(shù)直接直接向大腦傳輸信號實現(xiàn)了突破。其實該技術(shù)原理并不新鮮，數(shù)十年來，主流醫(yī)療設(shè)備一直都在利用其基本原理，譬如起搏器、人工耳蝸。
以人工耳蝸為例，它主要由兩部分組成：處理系統(tǒng)和內(nèi)耳植入體。前者對外部麥克風(fēng)產(chǎn)生的信號進行處理，并將數(shù)字信號傳輸給后者；后者的電極把電流傳輸給附近的神經(jīng)，大腦對神經(jīng)傳來的信號進行處理。至1961年面世以來，目前人工耳蝸已被全球超過50萬人使用。
曲折的實驗歷程
事實上，此前類似實驗早已存在，但幾乎沒有成功案例。
據(jù)悉，早在1929年，德國神經(jīng)科醫(yī)生奧特弗里德·弗里斯特（Otfrid Foerster）在一次手術(shù)期間發(fā)現(xiàn)，在患者視覺皮質(zhì)中插入一根電極，患者會看到一個白點。此后，科學(xué)家和科幻作者設(shè)想出各種人造視覺系統(tǒng)：信號傳播路線為相機-計算機-大腦；更有甚者開發(fā)出了初步的系統(tǒng)。
2000年代初期，這一假設(shè)成為現(xiàn)實。生物醫(yī)學(xué)研究人員威廉·多貝利（William Dobelle）在一名自愿接受試驗的患者頭部安裝了人工視覺系統(tǒng)，但在開啟系統(tǒng)不久后，患者發(fā)生痙攣并倒在地上。原因是因為電流過高，對大腦的刺激過強，超出了正常范圍。
與多貝利相比，費爾南德斯要保守得多，背后的細(xì)節(jié)也要復(fù)雜得多：
首先，要解決相機問題，即人類視網(wǎng)膜會生成何種信號？為此，他從剛剛死去的人眼睛中取出視網(wǎng)膜，將視網(wǎng)膜與電極相連，并暴露在光線下了解電極的信號；其團隊還利用AI技術(shù)，將視網(wǎng)膜輸出的電信號與簡單的視覺輸入匹配，以編寫軟件便于自動模擬該過程。
其次，要將電信號傳輸給大腦。在費爾南德斯研制的人工視覺系統(tǒng)中，一根電纜與多通道神經(jīng)電極（尺寸略小于AAA電池凸起的正極）相連。多通道神經(jīng)電極上有100個微型電極，每個電極可向1-4個神經(jīng)元傳輸電流。在患者頭部植入多通道神經(jīng)電極時，電極會穿過大腦表面。為確保安全，還必須對電極逐個校準(zhǔn)，逐步加大電流，直到受試者產(chǎn)生光幻視。
多通道神經(jīng)電極有100個微型電極
商業(yè)化：挑戰(zhàn)與前景
成功不是一蹴而就的，費爾南德斯也有著對系統(tǒng)功能細(xì)節(jié)的諸多擔(dān)憂。
首先，人體免疫系統(tǒng)會攻擊電極，在電極周圍產(chǎn)生瘢痕組織，從而削弱信號。其次，目前無法知道電極的正常使用壽命——對于要通過腦部手術(shù)才能使用的醫(yī)療設(shè)備而言，使用壽命是重要的先決條件。后，不清楚大腦從多通道神經(jīng)電極接受信號的負(fù)載能力，無法貿(mào)然提升圖像分辨率，以“確?！被謴?fù)視力。
為此，費爾南德斯表示，盡管開展了動物實驗，但動物無法表達感受，未來數(shù)年，還會在5名失明患者植入該系統(tǒng)。另外他還指出，類似人工耳蝸，人工視覺系統(tǒng)要實現(xiàn)真正普及，還需要通過無線方式向電極傳輸信號和電能；但目前該系統(tǒng)還需要使用有線連接，未來也需要許多次迭代才可能定型。
不過值得期許的是，全球失明患者達到3600萬，費爾南德斯的方法它繞過了眼睛和視神經(jīng)，能滿足人工視網(wǎng)膜無法解決的其中大部分患者的需求。一旦該技術(shù)試驗成功并走上臨床，勢必能掀起一股浪潮，我們也期待更多團隊能投入到該技術(shù)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進程中。
參考資料：
https://www.technologyreview.com/s/615148/a-new-implant-for-blind-people-jacks-directly-into-the-brain/
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