新視網(wǎng)膜假體工作原理類似太陽能電池

美國斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院開發(fā)出一種類似于太陽能電池系統(tǒng)的視網(wǎng)膜假體，可通過手術(shù)植入視網(wǎng)膜下面，幫助那些因退行性眼病而失明的患者恢復(fù)視力。相關(guān)論文發(fā)表在今天出版的《自然·光子學(xué)》雜志上。

老年性黃斑變性、視網(wǎng)膜色素變性等視網(wǎng)膜退行性病變患者，其視網(wǎng)膜感光細(xì)胞緩慢退化，最終會導(dǎo)致失明，但內(nèi)部視神經(jīng)基本未損，還能將來自感光細(xì)胞的信號傳輸給大腦。視網(wǎng)膜假體則能幫助患者重見光明。

研究人員介紹說，他們的新型視網(wǎng)膜假體裝置有一對專門設(shè)計的目鏡，上面裝有微型攝像機(jī)和處理視覺數(shù)據(jù)流的微型計算機(jī)，生成的圖像顯示在嵌在目鏡中的微型液晶顯示器上，顯示器發(fā)出近紅外激光脈沖將播放圖像投射在一個光電硅芯片上，芯片植入視網(wǎng)膜下，只有一根頭發(fā)的1/3那么薄。芯片上的光敏二極管會產(chǎn)生電流，引發(fā)視網(wǎng)膜信號傳給大腦，由此讓患者獲得視覺。

“其工作原理就像太陽能電池，把光轉(zhuǎn)化為電流，不同的是電流是在視網(wǎng)膜中引發(fā)。”論文高級作者之一、眼科學(xué)副教授丹尼爾·帕蘭克說，視網(wǎng)膜好比膠片或數(shù)字芯片，每個感光細(xì)胞是一個像素。他們用光敏二極管代替了這些感光細(xì)胞，每個像素就像一個小型太陽能電池，受到光照會產(chǎn)生電流，電流再刺激視網(wǎng)膜內(nèi)層中的視神經(jīng)元。由此產(chǎn)生一種瀑布效應(yīng)，激活視網(wǎng)膜外層的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，向大腦發(fā)出視覺信息，讓患者能夠看見。

目前已有其他類型的視網(wǎng)膜假體進(jìn)入臨床試驗，但這些設(shè)備的移植手術(shù)非常笨重，要在眼睛里植入線圈、電纜或天線，以向植入的視網(wǎng)膜供電并提供信息。最新設(shè)備用近紅外光來傳播圖像，不需要任何電線光纜，而且非常薄，易于植入。“手術(shù)只要把一個小包植入視網(wǎng)膜下，然后在其中放入光電電池。”帕蘭克說，而且這種光電電池還能在眼中大量排布，提供更廣闊的視域。

實(shí)驗中，研究小組制作了一個鉛筆尖大小、含有幾百個光敏二極管的芯片，并用正常小鼠和失明小鼠的視網(wǎng)膜作為變性視網(wǎng)膜模型。他們把該芯片放在視網(wǎng)膜下面，并在神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層上放了一個多電極陣列，以檢測電流活動。發(fā)出光脈沖后，無論是可見光還是近紅外光，都在光敏二極管中產(chǎn)生了電流。

正常小鼠的神經(jīng)節(jié)對可見光的刺激反應(yīng)和預(yù)期一樣，并對近紅外光產(chǎn)生了類似反應(yīng)。在失明小鼠視網(wǎng)膜中，正常光線只能引起微弱反應(yīng)，近紅外光引發(fā)了強(qiáng)烈反應(yīng)，幾乎達(dá)到了正常小鼠視網(wǎng)膜的水平。

初步實(shí)驗數(shù)據(jù)顯示視覺信號正在到達(dá)大腦，目前實(shí)驗仍在進(jìn)行中。斯坦福大學(xué)已經(jīng)為這一系統(tǒng)中的兩項技術(shù)申請了專利。

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