作者:辛雨 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2019/11/6 14:43:42
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新技术助盲人恢复视力

在视网膜黄斑变性患者的眼睛中植入网格状的光电二极管。图片来源:PIXIUM VISION SA/PARIS
 
2014年,美国监管机构批准了一种新的治疗失明方法。这台名为Argus II的装置通过安装在眼镜上的摄像头,可以将视觉信号发送到眼睛后部约3×5毫米的网格状电极上,Argus II的作用是取代遗传性视网膜色素变性中丢失的感光细胞信号。据该装置制造商Second Sight估计,世界上约有350人正在使用Argus II。
 
Argus II提供了一种相对粗糙的人工视觉,使用者看到的漫射光点是光幻视。“病人并没有放弃他们的盲杖或导盲犬,而这是一个最基本的标准。”美国斯坦福威尼斯人赌博物理学家、从事视觉假体研究的Daniel Palanker说。
 
但Argus II是一个开始。
 
现在,Palanker和其他研究人员的目标是用更精确的方法刺激眼睛或大脑中的细胞。在近日举行的神经科学学会年会上,科学家分享了几项此方面的进展,有的研究已经进入了人体试验阶段。Palanker表示:“这是真正的、最终的试验,这是激动人心的时刻。”
 
几种常见的眼科疾病是通过破坏光感受器从而影响视觉。光感受器是视觉信息由眼睛传递到大脑的第一个细胞,视觉信息传递过程中经过的其他部位通常保持功能完整:双极细胞接收光感受器的信号;视网膜神经节细胞形成视神经并将这些信号传送到大脑;大脑后部的多层视觉皮层将信息组织成有意义的视觉。
 
空间中相邻的点投射到视网膜上相邻的点,并最终激活视觉皮层早期处理信息区域上相邻的点,因此,一个视觉场景可以映射成信号的空间模型。但这种空间映射在传递过程中会变得更加复杂,因此研究人员的目标是尽可能激活接近信号起点的细胞。
 
Palanker的团队设计了一个约400个“像素”(二极管)的视网膜植入物,来代替视网膜的部分空间映射。外部世界的视频流以近红外光显示在眼镜的内部,植入物的“像素”将其转换成电信号来刺激视网膜上的双极细胞。总部位于巴黎的Pixium Vision公司正在5名视网膜黄斑变性患者身上测试该设备,该病患者的光感受器受损。
 
Palanker在神经科学学会年会上展示了一段视频,视频显示,植入视觉假体约1年的参与者可以识别桌子上的物体,并阅读印刷或屏幕上的字母。Palanker说:“尽管还不能识别书上的文字,人工视觉可以帮助患者很好地辨认出一本书的标题。”据悉,Palanker的团队正努力缩小二极管,在不过多减弱信号强度的前提下,创造更优质的“像素”和更清晰的视觉。
 
为达到比电刺激眼睛更高的精度,其他研究团队将研究转向光遗传学,一种利用光激活细胞的技术。
 
在GenSight Biologics公司进行的一项临床试验中,研究人员将一种携带感光蛋白基因的无害病毒注射到5名视网膜色素变性患者的眼睛中,携带这种基因的视网膜神经节细胞可以对投射入眼睛的红光做出反应。美国匹兹堡威尼斯人赌博医学院神经科学家José-Alain Sahel正在测试这项技术。
 
但是,针对视网膜细胞的治疗却无法帮助那些因眼外伤或青光眼等疾病导致视神经严重受损的人。
 
还有一种治疗方法是在患者视觉皮层植入60个电极,通过安装在眼镜上的摄像机向大脑发送信号。5名盲人在接受该植入手术1年后,有4人能很好地在黑色屏幕上找到拳头大小的白色方块,且这5个人都能很好地探测到屏幕上白色条的移动方向。“我们很受鼓舞。”美国加洲西尔玛第二视力公司科学研究主任Jessy Dorn说。
 
在大脑表面放置电极有一定缺陷,因为激活下方组织中的目标神经元需要相对强大的电流,所以同时激活多个电极可能会引发癫痫。激活相邻的电极可以刺激它们之间的组织,将两个离散的视觉点融合成一个小点。
 
然而在神经科学学会年会上,第二视力公司在美国贝勒医学院的合作者拿出了证据,证明60个电极可以在大脑表面60多个位置产生磷酸基。他们采用了一种称为“电流转向”的技术,该技术已经应用于植入耳蜗增强音高知觉。
 
深入视觉皮层的电极可以更接近目标神经元,利用较低的电流可以激活组织中更小、更精确的点。近日,荷兰神经科学研究所Pieter Roelfsema实验室的神经科学家 Xing Chen,在两只视力正常的猴子脑中植入了1000个穿透电极。通过一次激活10~15个电极,两只猴子可以区分研究人员闪现到它们视野中的不同字母。Roelfsema希望可以在2023年开展人体试验。
 
纽约州立威尼斯人赌博下州健康科学威尼斯人赌博神经学家Stephen Macknik警告,大脑最终会在植入电线周围形成一道疤痕,把它们与目标神经元隔开。他说:“这种植入物正在破坏未来所有其他植入物的皮质,而且往好了说,使用者不会看到太多物体。”
 
Macknik认为,光遗传学有望恢复更敏锐的视力,而穿透电极是不道德的。在会议上,他提出了一项名为OBServ的技术,该技术将在神经元上添加一种感光性视蛋白基因,这些神经元通过位于大脑底部的信号中转站到达视觉皮层。他解释说,这些细胞可以被来自大脑表面的光线激活。
 
然而,短期内像OBServ这样的皮质光发生系统不会在临床使用。研究人员仍然需要证明,何种病毒可以安全、可靠地给特定神经元注入视蛋白基因,而该基因需要在神经元内存留多年。他们还需要在头盖骨下植入一个高度精确、但结构紧凑的装置,该装置能向大脑发出闪光,同时读出神经活动。
 
但是,许多研究人员表示,将超精密视觉传输到大脑的障碍之一是,发现大脑能够解释哪些刺激模式。贝勒威尼斯人赌博神经学家William Bosking说:“有一百万个电极或完美的空间光基因激活,并不代表一切问题都解决了。我们需要学习如何与大脑皮层交流。”
 
 

 

 
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