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美研制仿生眼可助盲人复明

来源:生物谷 2007-05-23 09:11

  美国科学家日前表示,他们目前正在进一项名为“仿生眼系统”的计划,尝试将摄像机做成的仿生眼直接置入人脑,从而使得盲人能够重见光明。

  据美国生活科学网报道,美国科学家日前表示,他们目前正在进一项名为“仿生眼系统”的计划,尝试将摄像机做成的仿生眼直接置入人脑,从而使得盲人能够重见光明。

  美国芝加哥大学脑神经科学家尼古拉斯-哈索珀洛斯称,研究人员们准备绕过人脑的正常通路,将摄像机做成的仿生眼直接置入人脑,从而让盲人恢复光明并重新看见东西。这种设计被称为“仿生眼睛系统”,它目前已经被证明在猴子身上是切实可行的。研究人员们的目标是给盲人安装一对摄影机,就像戴上眼镜那样,将信号直接传输给人的大脑,从而让他们能够像拥有正常眼睛一样看见整个世界。

  多年以来,美国的研究人员一直在探索让盲人重见光明的办法。其中的一种办法是对视网膜上的健康神经元,即眼球内部的感觉组织进行电刺激,模拟光线进入眼睛的效果,生成图像。另一种办法是,对负责光信号处理的那部分大脑皮层上的细胞进行电刺激。然而,以上两种方法都有缺陷,取得的进展也非常有限。视网膜是一层非常脆弱的薄膜,极易遭到损坏。而大脑皮层内部则极其复杂,很难用人工办法使其生成可读图像。芝加哥大学脑神经科学家尼古拉斯-哈索珀洛斯说,视网膜受到刺激后,上面每一个受到刺激的细胞都对应所见图像上的一个点。而如果对大脑皮层进行刺激,那么,当你刺激大脑皮层中的一个位置,你就得到一个光点;再去刺激另一个地方,你又得到另一个光点。但如果你两个位置同时刺激,你不一定会得到两个光点,而很可能得到第三个光点。你很难将这些光点联结在一起形成可读图像。

  美国哈佛大学医学院脑神经科学家约翰-皮扎里斯和克雷-雷德对大脑深处一块叫丘脑的地方进行了研究。丘脑负责大脑皮层和身体其它部位之间的数据传输。两位研究者着眼研究了丘脑中被称为外侧膝状体核的地方,它是专门进行视觉信号中继传输的。研究人员先观察猕猴看到图像后在电脑屏幕上对应的光点,然后又观察对丘脑进行电刺激后在屏幕上生成的光点。科学家让猕猴不断更改视线,使眼睛观察在电脑屏幕上产生的光点与大脑中电极放置产生的光点相对应。研究结果表明,对丘脑进行电刺激可以产生一般视觉图像。研究的具体情况本周将刊登在美国国家科学院的学术网站上。

  研究人员指出,刺激丘脑要比刺激视网膜容易,而且丘脑不像后者那么脆弱。同时,刺激丘脑产生的图像要比刺激大脑皮层产生的图像更为逼真。这使得用刺激丘脑的办法来产生图像变得较为容易。哈索珀洛斯说,“他们的办法采纳了另外两种方法的优点而摒弃了它们的不足。”  约翰-皮扎里斯在接受记者采访时说,他们所研究的丘脑的外侧膝状体核部分在外科上很难进入,因为它处在大脑的深处。但皮扎里斯也对记者表示,“将电极植入大脑深处已越来越成为平常之举。这种技术已被医院用在帕金森症等疾病的治疗上。此外,这种技术正被积极探索用于抑郁症、强迫症和其它精神疾病的治疗。不可否认,任何脑外科手术都有一定的危险性,但脑神经医生们正在不断克服障碍,将脑外科手术的风险控制在能够接受的程度上。

  在应用这一新发明时,微型芯片会被植入盲人的视网膜后面。患者将配戴装有一个小型视频摄像机的护目镜。光线进入摄像机,通过摄像机将图像传送到一个皮夹大的无线计算机进行处理。然后,计算机将这些信息传送到护目镜上的一个红外线发光二极管屏幕上。护目镜将红外线图像反射给眼睛中的视网膜芯片,刺激芯片上的光电二极管。光电二极管模仿视网膜细胞,将光线转变成电信号,再由里面的视网膜细胞将电信号以神经脉冲的形式传给大脑。护目镜是透明的,如果配戴者自己还有一定的视力,他们能与新信息相匹配,该发明可覆盖配戴者10度的视野。

  由于整个试验目前尚处在初始阶段,研究人员们暂时只使用了两个电极。每个电极只有25微米大小,相当于头发宽度的三分之一。研究人员用这两个电极生成猕猴可以感知的两个光点。皮扎里斯说,他们的目标是使用更多的电极以产生更为复杂的图像。外侧膝状体核是一个相对很小的结构,可能无法承受太多的电极插入。但皮扎里斯说,随着电极技术的发展,可能会有更好的电极出来,应对这个挑战。
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