瞽者也能“看到”光幻视 新大脑植入手艺或助其恢复视力

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《细胞》杂志5月14日揭晓了一项新研究,科学家们通过电流刺激人们大脑,乐成诱使他们的大脑看到并不存在的字母。

这项实验在视力正常的人和成年后失去视力的瞽者身上都获得了乐成。虽然这项手艺仍处于早期阶段,但大脑植入物未来可能会被用来刺激大脑,并在一定程度上恢复人们的视力。这种植入物被称为视觉修复植入物,它被放置在视觉皮层上,然后以一种特定的模式刺激大脑,测试者就可以“看到”特定的形状。

研究报告的作者,贝勒医学院的神经科学家迈克尔·比彻姆和神经外科医生丹尼尔·约肖尔示意,这种装备的早期版本可以让测试者感受到差别的形状。耳蜗就是通过电极刺激内耳神经,辅助佩带者增强听力,升级版的植入物事情原理与之类似。

瞽者也能“看到”光幻视 新大脑植入手艺或助其恢复视力

眼冒金星?光幻视

电流刺激使大脑发生了“光幻视”,也就是人们在没有任何光线进入眼睛的情况下感知到了微小光点。这与光线从物体反射进入你的眼睛差别,光幻视就像视觉系统的一种“怪癖”,让你看到实际上并不存在的光点。例如,当你在漆黑的房间里揉眼时,你可能会看到光幻视。

马萨诸塞州总医院视觉修复实验室的负责人、哈佛大学神经外科学助理教授约翰·佩扎里斯指出,揉眼时泛起的光点被称为“机械性光幻视”,最早是由古希腊哲学家和生理学家阿尔克迈翁提出的。1755年,法国内科医生查尔斯·勒·鲁瓦发现用电流刺激大脑也可以发生光幻视,瞽者也不破例。

研究人员将电极植入视觉皮层,目的是让测试者的大脑发生光幻视并使其组成连贯的形状。科学家们假设,若是他们刺激大脑皮层的多个点,多个光幻视就会泛起,并“自动连系”成可理解的形状,这有点类似于电脑屏幕上的像素。

比彻姆和约肖尔说:“大脑远比电脑显示器庞大,而且由于我们还不完全领会的缘故原由,实际上很难从光幻视的组合中发生可识别的形状。”虽然在研究中也遇到障碍,但他们找到了一种战胜障碍的方式。

如何在大脑中“绘画”

研究小组在5名测试者的视觉皮质上放置了一组电极,其中3人视力正常,2人失明。电极位于大脑的V1区域,也就是视网膜的信息举行早期处置的区域。视力正常的参与者为了治疗癫痫已经通过手术植入了电极,瞽者参与者也在另一项视觉修复的研究中植入了电极。

V1区域类似于舆图,它的差别区域对应于我们视野的差别区域。研究人员发现,若是他们一次激活一个电极,参与者可以在预期的区域看到一个光点。然则若是多个电极同时毗邻,单个的光点仍然会泛起,但不会形成连贯的形状。

瞽者也能“看到”光幻视 新大脑植入手艺或助其恢复视力

两位研究人员示意,大脑是专门用来检测我们周围环境转变的,他们以为,大脑应该会跟踪光幻视接连泛起的模式。

因此,两位研究人员尝试了一种差别的计谋。他们在两个电极之间制造光幻视,并将电极之间的点毗邻起来。行使这种方式,研究人员在V1外面乐成绘制了W、S、Z等字母形状。固然,这些形状必须是上下颠倒的,视觉信息也是云云通报到视觉皮层的。效果,参与者们乐成“看到”大脑追踪的形状,并在触摸屏上正确地重现它们。

未来可期的新手艺

荷兰神经科学研究所所长彼得·罗弗西马在揭晓于《细胞》杂志上的文章中写道:“在这项研究能够应用于有用的视觉假肢之前,我们另有许多挑战需要战胜。”

研究人员称,未来的视觉假体可能会包罗成千上万个电极,而这项研究只使用了几十个。此外,这些电极可能会穿透视觉皮层,这样电极尖端就更靠近皮层外面以下几百微米的神经元。

佩扎里斯说,与大脑皮层外面的电极相比,穿透皮层的电极能发生更弱的电场,并发生更正确的光幻视。他指出,虽然外面电极能够行使壮大的电场到达组织内的脑细胞,但有时会导致相邻或重叠的细胞同时受到刺激。

瞽者也能“看到”光幻视 新大脑植入手艺或助其恢复视力

罗弗西马示意,为了使视觉假体起作用,需要发现一种新电极,并在很长一段时间内与脑组织兼容。现在的大脑植入物会给大脑造成损伤,而且作用时间不够长。

然而,对于一些病人来说什么形式最好取决于在他们大脑深处植入电极的风险。此外,致盲的缘故原由有许多种,因此一些患者可能需要深度植入电极,另一些患者可能需要外面电极,另有一些患者可能需要直接植入视网膜。

研究人员称,最主要的是让视觉假体能够辅助瞽者改善生活质量。这意味着,除了优化物理电极及其操作方式外,科学家还必须开发可靠的软件,辅助用户过滤和处置视觉信息,只有这样整个系统才气真正帮到他们。

佩扎里斯在谈到视觉修复手艺时说:“从根本上说,我们必须切记的一件事是,失明并不会危及生命,因此需要用足够的利益来抵消其中的风险。”

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