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让盲人 “看” 到字符!科学家用动态电流刺激视觉皮层获突破

北极蚊子 2020-5-19 22:43

对于一个盲人来说,识字习文是十分困难的,他们一般都要学习特殊的盲文,盲文由不同组合的凸点组成,盲人通过触摸认知理解字符的含义。

不过,未来这件事可能有所转机, 科学家们正在努力让盲人在大脑里直接 “看” 到一些简单的字符。

图|通过电流刺激大脑皮层让盲人感知到字符(来源: Cell )

大多数后天失明的残障人士都只是眼睛或视觉神经受损,这也是大脑视觉皮层假体(VCP)的希望,该设备可以绕开眼睛和视觉神经,将视觉信息直接传输到视觉皮层。长期以来,人们一直推动将视觉皮层假体作为恢复盲人有用视力的一种策略,前提是假定通过视觉皮层的电刺激产生的小光斑,其视觉感知能合并为视觉的连贯感知形式。

从 1960 年代开始,科学家就开始做相关研究,基于 VCP 设备的多个电极阵列的电流刺激,大脑视觉皮层可以让人在闭眼或者无光线的状态下 “看” 到一些特殊的光点,这被称为磷光体知觉。

早期的科学家们有个基本假设,如果刺激视觉皮层上的多个点位就会出现多个光点的话,那它们 “自动合并” 就能形成可理解的图像形式,就像在计算机屏幕上多个像素点聚合在一起就展现出一张图像一样。但实际情况是,大脑神经远比计算机显示器复杂的多,且人类目前尚未完全理解和掌握大脑成像的原因,这种假设目前也很难被证明,很多磷光体知觉光点难以组合成一个预想形式。

为了克服这种障碍,贝勒医学院和加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究人员提出了一种动态激活系列电极的新方法,这个原理类似于我们在一个人手心上不断描绘一个字母“Z”,那这个人即便闭着眼也能很快感知到这个字符的形状是“Z”,同理,现有的 VCP 最高已包含数十个电极,通过把字母转换成一个特殊的动态电流序列,让盲人在大脑中感知到。

图|静态刺激与动态刺激的效果差异(来源: Cell )

现有 VCP 中使用的电刺激范例与多探针方法,可以一次刺激多个电极,或者在时间上间隔刺激一次,但试验结果仍是感知不连贯。

研究人员认为,电极之间不连续的位置,需要额外的 “加工” 来让连续轨迹在视觉皮层中的产生,因此团队采用了一种电流导向技术来实现连续轨迹控制:如果电流流过两个相邻的电极,则会在它们中间创建一个虚拟电极,改变传送到相邻电极的电流量,可以使虚拟电极沿着两个物理电极之间的线段定位在不同位置。

图|不同字符的相关刺激点位和测试数据(来源: Cell )

这项研究仅使用了几十个电极就实现了初步的效果, 而更大胆的预测是将来的视觉修复设备可能会包含“数千个电极”,这些电极可以设计成穿透皮层,使电极头更靠近位于皮层表面以下数百微米的神经元,进行更精确的成像。

不过,专家也表示,目前进入大脑的电极会造成大脑损害,并且无法长时间工作,从根本上说,我们需要理解的一件事是,失明不是威胁生命的疾病,因此需要用足够的利益平衡来评判更进一步的风险,还有一点很重要,就是除了优化这些物理电极及其操作方式之外,科学家们还必须开发可靠的软件,以帮助盲人过滤和处理真实环境中的视觉信息,需要打造一个完整的系统使盲人可以实际应用起来。

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