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nba直播大脑植入100根电极:失明16年的患者重见光
加入时间:2020-09-18 23:37

  伯恩娜迪塔戈麦斯(Bernardeta Gmez)一边用手指着面前白板上的一条黑线,一边操着西班牙当地口音说,“All”(西班牙语“那里”)。

  对于一名57岁的女性来说,能看到这样一条画在白板上的黑线,真没有什么值得炫耀的,但对于失明16年的戈麦斯来说,这却是了不起的。

  42岁时,视神经病变破坏了连接戈麦斯眼睛和大脑的神经,她也因此完全失明,甚至感受不到一点光线年后,戈麦斯获得了一个机会,可以有6个月时间模模糊糊地看到周围的世界,虽然她看到的只不过是黄白色的点和图案。

  借助这一系统,戈麦斯能看到吸顶灯、人和印在纸上的字母、基本图形,她甚至能玩一款简单的《吃豆人》类游戏。

  戈麦斯在2018年底首次重见光明,这是位于西班牙埃尔切的米格尔埃尔南德斯大学神经工程系主任爱德华多费尔南德斯(Eduardo Fernandez)数十年研究的成果。

  费尔南德斯为自己定下了一个目标:让全球尽可能多的失明患者恢复视力。资料显示,全球失明患者达到3600万。费尔南德斯的方法令人兴奋,因为它绕过了眼睛和视神经。nba直播

  在使失明患者重见光明的早期研究中,大多数都尝试通过人工眼睛或视网膜,帮助他们恢复视力。这些研究也获得了一定成功。

  但以戈麦斯为代表的绝大多数失明患者,都是连接视网膜和视觉皮质的神经受到损害,人造眼睛不足以让他们重见光明。这也是2015年Second Sight放弃20年的努力,将研究重点由视网膜转向视觉皮质的原因。

  在我(指原文作者鲁斯贾斯卡莲(Russ Juskalian))最近一次造访埃尔切时,费尔南德斯告诉我,植入技术的进展,对人类视觉系统更精确的理解,使他获得了直接通过对大脑进行操作,让盲人重见光明的信心,“在神经系统中的信息,与在电子设备中的信息没什么两样”。

  通过直接向大脑传输信号让失明患者重见光明听起来确实大胆,但数十年来,主流医疗设备一直都在利用其基本原理。

  人工耳蜗主要由两部分组成:处理系统对外部麦克风产生的信号进行处理,并将数字信号传输给内耳中的植入体,植入体的电极把电流传输给附近的神经,大脑对神经传来的信号进行处理,听觉障碍患者就能听到声音了。

  费尔南德斯说,“戈麦斯是我们的第一位患者,但未来数年,我们将为5名失明患者植入这一系统。我们在动物中进行了类似实验,nba直播猫或猴子不能告诉我们它们看到了什么。”

  作为实验对象,戈麦斯需要极大勇气。她需要通过脑部手术植入电极,半年后再取出来(因为这一技术尚未得到监管机构批准),万一出点问题,她就可能受到更大伤害。

  早在1929年,一位名为奥特弗里德弗里斯特(Otfrid Foerster)的德国神经科医生,在一次手术期间发现,在患者视觉皮质中插入一根电极,患者会看到一个白点。

  此后,科学家和科幻作者脑洞大开,设想出各种人造视觉系统:信号传播路线为相机-计算机-大脑。部分研究人员甚至开发出初步的系统。

  2000年代初期,这一假设成为现实,一位名为威廉多贝利(William Dobelle)的生物医学研究人员,在一名自愿接受试验的患者头部安装了人工视觉系统。

  令人遗憾的是,在多贝利开启系统不久后,患者发生痉挛并倒在地上。事后查明的原因是,电流过高,对大脑的刺激过强,超出了正常范围。这名患者也受到感染。

  但多贝利声称其系统已接近可以日常使用的水平,并发布了一段视频,内容为一名失明患者在一个封闭的停车场内驾驶着车辆慢慢行驶。多贝利2004年过世,他的人工视觉系统也烟消云散。

  与多贝利相比,费尔南德斯要保守得多,他几乎总是说,“我们希望开发出可以供人使用的人工视觉系统,但目前我们只是在进行早期试验。”

  如果说戈麦斯能恢复视力背后的原理将相机产生的视频信号传输给大脑相当简单,但细节要复杂得多。

  费尔南德斯及其团队首先需要解决相机问题,其中一个首要问题是,人类视网膜会生成什么样的信号?

  为搞清楚这一问题,费尔南德斯从刚刚死去的人眼睛中取出视网膜,把视网膜与电极相连,并暴露在光线下,了解电极的信号。

  这有助于他们编写软件,自动模拟这一过程。实验的下一步,是将电信号传输给大脑。在费尔南德斯为戈麦斯研制的人工视觉系统中,一根电缆与多通道神经电极(尺寸略小于AAA电池凸起的正极)相连。

  费尔南德斯必须一个电极一个电极地校准,逐步加大电流,直到戈麦斯产生光幻视。光幻视是指视网膜在受到机械刺激、电刺激等不恰当刺激时,瞬时产生的好像看到光线的感觉。费尔南德斯花了1个多月时间才完成全部100个电极的校准。

  这一人工视觉系统的一大不足,以及戈麦斯试验期限不能超过6个月的主要原因,是没有人知道电极的正常使用寿命。费尔南德斯说,“人体免疫系统会开始攻击电极,在电极周围产生瘢痕组织会削弱信号。”

  电极弯曲也是一个需要解决的问题。根据动物实验以及戈麦斯试用的多通道神经电极判断,他认为当前的系统可以正常使用2-3年,甚至长达10年。

  费尔南德斯希望,经过优化后多通道神经电极使用寿命可以延长到数十年。对于要求通过脑部手术才能使用的医疗设备来说,使用寿命是重要的先决条件。

  最终,像人工耳蜗一样,人工视觉系统要真正普及,就需要通过无线方式向电极传输信号和电能。但目前,费尔南德斯的系统还需要使用有线连接,未来还需要许多次迭代才可能最终定型。

  如果分辨率为10 X 10像素戈麦斯试用的系统的最大分辨率,人可能感受到基本的形状,例如字母、门框和人行道,但对于感受脸部轮廓来说,这样的分辨率是远远不够的,更不用说人了。这也是费尔南德斯为其系统配备图形识别软件的原因,图形识别软件的助力,使戈麦斯能在房间内看到人。

  费尔南德斯在一个PPT中写道,分辨率达到25 X 25像素后,患者恢复“视力是可能的”。

  但一个问题是,目前还没有搞清楚大脑可以从多通道神经电极接受多少信号,而不致于过载。

  戈麦斯表示,如果可能的话,她会一直使用费尔南德斯的人工视觉系统。有新的版本出来后,她将首先申请试用。费尔南德斯完成分析后,戈麦斯计划将她试用的多通道神经电极挂在客厅墙上,留作纪念。

  在费尔南德斯的实验室,他给了我一个机会,试用他用来给患者做检查的无创设备。

  我坐在戈麦斯去年曾坐过的真皮椅子上,一名神经科医师手拿一根“魔杖”,两个圆环贴在我头部两侧。被称作蝴蝶线圈的这一设备,连接到一个盒子,可以通过电磁脉冲刺激神经元这种现象被称作经颅磁刺激。

  第一次刺激,让我感觉到好像有人在敲头皮,手指不由自主地完全曲起来。费尔南德斯说,“有反应了,刺激的是你的运动皮质。现在我们将尝试让你感到到光幻视。”

  神经科医师调整了“魔杖”位置,并调高了脉冲频率。当她开机后,我的感觉相当强烈,好像有人把我的后脑门当作门环。

  虽然我睁着眼,但还是出现了幻视:一条明亮的水平线划过我的视野的中心,以及两个闪烁的三角形(内部像没有信号时电视屏幕上的雪花)。这些幻视可谓来也匆匆,去也匆匆,只停留了很短时间。

  费尔南德斯说:“这跟戈麦斯的情况很相像。”我和戈麦斯之间的区别是,她看到的是外部世界,而我看到的只是由大脑受到电磁脉冲刺激产生的幻视。

 

 

 

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