■甄文 编译

失明一直是最主要的感觉损伤疾病，目前全球失明的人数达到了近4000万。其中多数患者可以利用手术或药物进行有效的治疗，但还是存在一些病症是现有医学手段治疗不好的。比方说，由色素性视网膜炎引起的感光细胞退化，又或者是因为青光眼或头部创伤而导致的视觉神经受损，这些都不可以通过手术或药物来治愈。

在这种情况下，视觉假体有可能是唯一的选择。就和放置耳蜗的原理一样，耳蜗是通过刺激感觉神经的末端耳蜗毛细胞，使听力恢复，而视觉假体通过刺激视网膜、视神经或大脑中视觉区域中的神经来为盲人提供视觉信息。

一个正常的视网膜的运作流程是由感光细胞（即视杆细胞和视锥细胞)将光刺激转化成电和化学信号，通过视网膜神经一路往下进行传递，直至神经节细胞，再由神经节细胞的轴突形成视神经，将视觉信号传递给大脑。而视网膜假体是在另一个层面运作的，所有的光线被接收之后，由位于视网膜后的感光细胞对光线进行生化信号转换，之后顺流而下，直接刺激感光细胞下的双极细胞。而对于像青光眼或头部创伤等病症来说，它们的视神经已经不能与视网膜连接，不能刺激到脑部的视力区域，因此，科学家设计了一个假体，它可以直接在大脑层面刺激视觉系统。

虽然，上述所说的脑部假体尚未在人类身上进行测试，但视网膜假体的临床结果还是令人欣慰的。结果表明，这个视网膜假体能够使失明患者辨认物体、定位物体；在陌生的环境下，确定自己的方位；有时甚至能完成一些阅读的任务。虽然这个领域尚未成熟，但如今的成就已能够高效率地恢复视力。

视网膜假体装置

对于视网膜下膜假体来说，在视网膜和视网膜色素上皮细胞之间必须放置电极。电极会刺激那儿的视网膜内部细胞（双极细胞、水平细胞及无长突细胞），使得神经信号顺着视网膜网络传输到视网膜神经节细胞，再由视网膜神经节细胞通过视神经将信号传递给大脑。

刺激视网膜网络在某些方面可以帮助视网膜做信号处理。比如说会出现“闪光融合”，它能使人看一些慢动作录像，即录像的每一帧都是由静态图片组成：又比如说在信号穿过视网膜网络时，刺激视网膜网络会使信号进行非线性的整合，这是形成高空间分辨率最关键的一步。而几毫秒一次的电脉冲使刺激视网膜内部神经变得有选择性，避免了直接刺激到神经节细胞及其轴突，否则会使患者对于解析视觉场景的空间布局能力受限。

美国集结了各大研究所的部分科学家、工程师及医生组成了一个多学科研究小组，创建了“波士顿视网膜植入计划”，这个小组正在研发一个视网膜假体，其理念是：在眼镜上安装一个照相机，这个照相机通过射频遥测技术（与广播的技术相似）将信息传递给植入在眼部周围皮肤下的天线。之后又会通过一根穿过眼球的电线传递到一个植入在视网膜下膜的电极列阵，然而，由这个装置传递给视网膜的信息只是某一个点的信息，因此要看到全景，病人必须移动头部，而不是眼球。

好在一家德国的视网膜植入公司解决了这一问题，它们研发了一款名为“阿尔法IMS视网膜植入”装置，它多融合了一个视网膜下膜照相机，这样能使每个角度的光线都能转化成电流。这项装置在患有视网膜色素变性的患者身上已经测试成功，近日在欧洲还获得了临床试验的许可。然而植入这套装置后，患者的视力是相当受限的，除此以外，“阿尔法IMS视网膜植入”装置为穿过巩膜的电线供电，还需要一台笨重的发电器及一台可能引起并发症的复杂的手术。

为了解决这些困难，斯坦福大学的研究人员发明了一种可用脉冲光发电的无线光伏视网膜下膜假体，包括一台口袋电脑，它负责处理由安装在眼镜上的微型摄像机所捕捉下来的图片，再将这些图片投射到眼睛、视网膜下膜内植入的电光二级管阵列上。每一面的电光二级管阵列会将光线转化成脉冲电流，刺激附近的视网膜内部神经。这个传递视觉信息的方法是完全无线的，这样就能保持眼球运动和图像感知之间的自然连接。

Argus二代视网膜假体

利用视网膜上游信息处理的特点，研究人员研发了一种叫做视网膜上膜的装置，把它植入在视网膜的前表面，用来刺激眼睛的输出神经——神经节细胞。这套装置的最终目标是视网膜网络的最后一层细胞层，这样，无论上层神经的状态如何，整套装置都能运作。

2011年，欧盟同意“二次视力”公司将他们视网膜上膜假体装置——Argus二代视力假体系统投入市场。在临床试验中，Argus二代使得失明好多年的患者恢复了一些视觉感知能力，比如说辨认基本形状，偶尔还能恢复阅读的功能。2012年，食品药品监督管理局批准了这套装置，这套装置的运作原理是：在眼镜上装了一台照相机，通过照相机捕捉一些视觉场景，之后将这些视觉信息处理成电子刺激模式无线传播给一个6×10的微电伏阵列。这个电伏阵列是通过手术植入患者的黄斑区，覆盖近20度的视觉空间。

共有30个人参加了Argus二代的临床试验，结果表明，有了Argus二代后，患者可以更准确地辨别电脑屏幕上高对比度的正方形，也能分辨屏幕上移动条的走向。随着视力的提高，患者可以慢速地读一些信件，患者走动的频率也大了很多。对于深度视网膜色素变性患者来说，Argus二代是一个能够提高视力的治疗方案。继Argus二代上市之后，已有50多位患者接受了这种治疗。

还有一些其他的视网膜上膜假体，它们的结果都具有应用前景，就是尚未得到监管部门的许可。在2003到2007年之间，“智能医疗植入”联盟做了一个暂时性的植入测试，他们在8位患者身上植入了49电极原型装置，那8位患者反映当电极被激活时，他们能看到光点。这种原型装置只在患者体内植入了几个月的时间，但如果没有对信息整合的照相机，患者就不能在实验室外激活这个装置，这就限制了对这套假体装置的评判。因此该联盟做了改革，他们与斯坦福大学的帕拉克尔小组合作，一起研发视网膜上膜假体。如今已经设计出了一个永久的视网膜上膜假体装置，现在正处于临床试验阶段。该小组还打算做一个有150电极的假体装置，希望可以提高视觉分辨率。

这个领域将来仍需要改善的有：提高刺激视觉的空间分辨率；扩大可以感知的视觉区域；增加电极的数量。电极尺寸越小，激活的视网膜神经节细胞就少，这样视觉分辨率就会高。上述这些方案都会进行严格的测试，一旦成功的话，或许视网膜假体能为盲人患者提供世界更美好的风景。

仿生视觉系统

Gennaris的仿生视觉系统有望在明年进入人体试验阶段。这套系统的组成部分有：装有照相机的眼镜，通过它来接受视觉信息，一个小型电脑视觉处理器，还有一个植入在大脑后半部视觉皮层半球的9×9毫米的电子瓷片。

早期皮质假体里的表面电极需要一个很大的电流，大概是3毫安到12毫安，这样有可能导致患者癫痫发作或引起偏头痛。这个装置还需要外部的一根电线穿过头骨，这很容易引起发炎。如今有了无线的技术，很多小组考虑改善皮质视觉假体，为上百万无药可治的盲人带去一丝希望。

Gennaris仿生视觉系统里，包含了一个玻璃框架的数码照相机。照片会由数码照相机传递到一个小型电子视觉处理器，再由处理器将图片转换成波长形式的模型，再通过无线，将这些信号传递给植入在大脑后部视觉皮质区域的一个小型电子瓷片。每片有43个电极，每个电极会产生一个幻视。幻视的模型会在视觉中心区域形成一个2D的相关模型。目前，这项设备仍处于临床阶段，但明年就可以对人类进行试验了，届时每一位患者会被植入4~6个电子瓷片，这样就能刺激出几百个幻视，患者就能弄清自己的方位。

目前还在研究皮质视觉假体的小组有伊利诺理工大学、犹他大学、蒙特利尔大学工学院及西班牙的米格尔埃尔南德斯大学。所有的设备都遵循了一个原则：引发幻视。这些设备进行临床试验之前必须克服很多技术困难，其中包括提高植入的技术，患者的安全问题，准确性问题及重复性能力。

利用最新的技术，例如硅芯片、电极的升级、电极视觉处理算法及无线技术，仿生视觉设备的发展会不断地加速。我们有信心在接下来的十年内推出一系列实际、安全及有效率的仿生视觉装置，使更多的盲人再次看到世界。