盲人可以“看到”科学家用电在大脑上绘制的信

科学家使用植入其表面的电极刺激大脑

科学家们发出了在人们的大脑中游动的电模式，哄骗他们的大脑看那些不存在的字母。

根据这项研究（今天（5月14日）发表在《Cell》杂志上），该实验对在成年后失去视力的有视力人士和盲人参与者均有效 。尽管这项技术尚处于初期阶段，但将来可能会使用植入式设备来刺激大脑并在某种程度上恢复人们的视力。

被称为视觉修复术的植入物被放置在视觉皮层上，然后以一定的模式被刺激以“描绘”出参与者可以随后“看到”的形状。这些植入物的更高级版本可以类似于耳蜗植入物，后者通过电极刺激内耳神经，以帮助增强佩戴者的听力。

贝勒医学院的神经科学家迈克尔·博尚（Michael Beauchamp）和神经外科医生丹尼尔·约索尔（Daniel Yoshor）博士在一封电子邮件中告诉Live Science：“（这种设备的）早期迭代可以提供对所遇到形状的轮廓的检测”。（Yoshor将于今年夏天在宾夕法尼亚大学Perelman医学院开始新的职位。）“对于许多盲人患者来说，能够检测家庭成员的形态或进行更独立的导航将是一个奇妙的进步。”

当前的研究代表了实现这种技术的一小步。

看见星星

该研究的作者通过用电流刺激大脑，使其产生所谓的磷化氢来制作字母，这是人们有时会察觉到的细小的针刺，实际上没有任何光进入眼睛。与光从房间中的物体反射并进入您的眼睛时不同，磷化氢看起来像是视觉处理系统的怪癖。您“看到”了这些光点，即使它们实际上并不存在。这组作者说，例如，当您在黑暗的房间里揉眼睛时，您可能已经看到了磷，这种现象通常被描述为“看见星星”。

马萨诸塞州总医院视觉修复实验室负责人，神经外科助理教授约翰·佩萨里斯（John Pezaris）说，被称为“机械膦”的是，您揉眼睛时出现的恒星是由古希腊哲学家和生理学家Alcmaeon首次描述的。在哈佛大学。 不参与这项研究的佩扎里斯说，几个世纪后的1755年，法国医生查尔斯·勒·罗伊（Charles Le Roy）发现，用电刺激 大脑，甚至在盲人中也可以产生鲜艳的磷烯。

佩扎里斯说，在1960年代，科学家开始采用视觉修复技术。研究人员将电极植入视觉皮层（大脑区域，该区域负责处理来自眼睛的传入信息）， 目的是生成并将其组装成相干的形状。这组作者指出，科学家认为，如果它们刺激皮质上的多个斑点，就会出现多个，并“自动合并”为可理解的形式，就像在计算机屏幕上的单个像素一样。

Beauchamp和Yoshor说：“但是，大脑比计算机显示器要复杂得多，而且由于我们尚未完全理解的原因，实际上很难从磷化合物的组合中产生可识别的形式。” 作者在自己的研究中遇到了相同的障碍，但是找到了规避它的方法。

在大脑上绘图

研究小组在五名研究参与者的视觉皮层上铺设了电极阵列，其中三名是视觉盲者，另外两名是盲人。具体来说，电极位于大脑的一个称为V1的区域上，来自视网膜的信息将被收集起来以进行早期处理。有视力的人已经在接受手术，作为癫痫治疗的一部分，将电极植入他们的大脑，旨在监测他们的大脑的癫痫发作活动。盲人参加了一项单独的研究视觉假肢的研究，并在那时植入了电极。

V1就像地图一样，其中地图的不同区域对应于我们视野的不同区域，例如右上或左下。作者发现，如果他们一次激活一个电极，则参与者可以可靠地看到在其预测区域出现了（光的细刺）。但是，如果多个电极同时联机，则单个的phosph仍会出现，但不会以相干的形状聚集在一起。

因此作者尝试了不同的策略。他们假设通过“扫过 ”几个电极上的电流，他们可以在大脑表面上追踪图形，从而产生可识别的形状。这组作者说：“大脑经过了独特的调整，可以检测到我们环境的变化。”因此他们得出了理论，即器官应该跟踪一种接一个呈现的磷化氢模式。

荷兰神经科学研究所所长彼得·罗尔夫塞玛（Pieter Roelfsema）在一封电子邮件中告诉Live Science，该耳蜗植入物使用类似的策略产生不同的听觉音调。他说：“假设电极1的间距较大，而电极2的间距较小。” 通过使电流流过两个电极，“您可以获得介于电极1和2中间的间距”。

研究作者发现他们可以用视觉做类似的事情。它们可能会在两个单独的电极的位置之间生成磷化氢，从而将它们之间的点连接起来。利用这种技术，作者在V1的表面上绘制了字母形状，例如“ W”，“ S”和“ Z”。形状必须上下颠倒绘制，这就是视觉信息通常如何从我们的眼睛到达视觉皮层的方式。

最后，研究参与者可以看到所跟踪的形状，并在触摸屏上准确地重新创建它们。当研究的参与者开始看到字母在他们的眼中形成时，“我认为他们至少和我们一样兴奋，也许更多！” Beauchamp和Yoshor告诉Live Science。

展望未来

Roelfsema在《细胞》杂志上的一封信中写道：“在将这项研究应用于有用的视觉修复术之前，尚有许多挑战需要克服” 。

这组作者说，将来，视觉修复可能会包含“成千上万个电极”，而这项研究仅使用了几十个。此外，他们补充说：“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。”

皮扎里斯说，与大脑表面的电极相比，穿透大脑的电极产生的更精确的磷化氢具有更弱的电场。他指出，表面电极利用强电场到达组织内的脑细胞，有时会同时刺激相邻或重叠的细胞。

Roelfsema告诉Live Science，为了使视觉假体正常工作，需要发明新的电极，这些电极可以长时间与大脑组织保持兼容。他说：“目前进入大脑的电极会造成损害，并且无法长时间工作。”但是，对于某些患者，表面电极可能效果最好，这取决于将电极植入大脑深处的风险。他说：“失明的原因多种多样”，以至于某些患者可能会从深度植入的电极中受益最大，另一些将从表面电极中受益，而另一些患者则直接从视网膜中植入义肢，而仅需进行眼部手术即可受益。

最重要的是，“要使视觉修复设备对盲人患者真正有用，他们必须改善生活质量，” Beauchamp和Yoshor说。这意味着，除了优化物理电极及其操作方式之外，科学家还必须开发可靠的软件，以帮助用户过滤和处理视觉信息。组装完成后，完整的系统必须足够有用，以使人们可以实际使用它。

“从根本上说，我们必须牢记的一件事是，失明不是威胁生命的疾病，因此需要用足够的利益来平衡风险，”佩扎里斯在谈到视觉修复术时说道。