長期以來，人們一直在研究怎樣讓盲人復明?，F(xiàn)有的視網(wǎng)膜假體只能讓盲人看到一些斑點和物體的邊緣輪廓，幫助辨別方向，離恢復正常視力還很遙遠。最近，美國威爾·康乃爾醫(yī)學院研究人員破譯了視網(wǎng)膜與大腦通訊的神經(jīng)編碼，并把這種編碼與一種視網(wǎng)膜假體系統(tǒng)結(jié)合，使失明小鼠的視力幾乎恢復到正常水平。
該醫(yī)學院計算生物醫(yī)學院生理與生物物理系教授希拉·內(nèi)森博格說，將來有一天，盲人能選擇戴一種就像《星際迷航》里的那種目鏡，上面裝有攝像機用于采集圖像，通過計算機芯片將圖像轉(zhuǎn)換成大腦能“聽懂”的編碼，再由大腦將編碼翻譯成圖像。
實驗中破譯的是小鼠的視網(wǎng)膜通訊編碼。但研究人員稱，他們已經(jīng)破譯了猴子的編碼，這和人類的編碼是基本一致的，有望很快設計并實驗一種盲人專用的設備。他們已通過康乃爾大學為這種視網(wǎng)膜假體系統(tǒng)申請了專利。美國《國家科學院學報》最近報道了這一突破性進展。
視網(wǎng)膜病變：阻斷視覺信息與大腦溝通
當光線進入視網(wǎng)膜表面的感光細胞，正常視覺就會產(chǎn)生。視網(wǎng)膜線路會處理這些來自感光細胞的信號，把它們轉(zhuǎn)化成神經(jīng)脈沖編碼。由視網(wǎng)膜上的輸出細胞——神經(jīng)節(jié)將這些脈沖送入大腦。大腦能理解這種神經(jīng)脈沖編碼，并將它們轉(zhuǎn)譯為有意義的圖像。
通常，失明是由于視網(wǎng)膜病變殺死了感光細胞，并破壞了相關(guān)神經(jīng)線路，但一般在這些病變中，視網(wǎng)膜的輸出細胞未被損害。目前臨床上用的視網(wǎng)膜假體，大體原理都是靠驅(qū)動這些尚存活的細胞。比如在盲人眼內(nèi)植入電極，用電流刺激神經(jīng)節(jié)細胞。但這只能產(chǎn)生模糊的視覺圖像。
許多研究小組都在研究如何提高視網(wǎng)膜假體的性能。比如在患者眼中植入更多刺激器，希望更多刺激器能激活受損組織上更多的神經(jīng)節(jié)細胞，以此提高視覺圖像的質(zhì)量。還有一種正在實驗的方法，是用光敏蛋白替代刺激器來刺激細胞。這些蛋白通過基因療法引入視網(wǎng)膜，當它們進入眼睛后，能立刻瞄準大量神經(jīng)節(jié)細胞。
除此之外，還有其他關(guān)鍵因素。內(nèi)森博格指出：“刺激細胞是必要的，但還必須用正確的編碼來刺激，這種編碼就是視網(wǎng)膜與大腦通訊所用的編碼。” 這也是研究人員所尋找的編碼，并把它和最新的視網(wǎng)膜假體系統(tǒng)結(jié)合在了一起。
發(fā)現(xiàn)大腦“語言”：神經(jīng)脈沖編碼
內(nèi)森博格解釋說，任何圖形的光線進入視網(wǎng)膜，都會被轉(zhuǎn)化為一種通用編碼，也就是一套轉(zhuǎn)換公式，將光的形式轉(zhuǎn)化為電脈沖的形式。“人們一直在尋找這種簡單的刺激編碼，它必須是普適性的，才能用于任何事物——人臉、景觀以及眼睛能看到的任何事物。”
研究這種編碼還有更廣泛用途，但最直接是用在視網(wǎng)膜假體中。內(nèi)森博格和她的學生潘達利納斯在一個“芯片”上嵌入了數(shù)學公式，稱之為“編碼器”，把它和一個微型投影儀結(jié)合。編碼器能將進入眼睛的圖像轉(zhuǎn)化為脈沖電流，然后微型投影儀把電脈沖轉(zhuǎn)化為光脈沖，這些光脈沖驅(qū)動神經(jīng)節(jié)中的光敏蛋白，將編碼傳給大腦。
這一整套方法已經(jīng)在小鼠身上實驗。研究人員制造了兩個視網(wǎng)膜假體系統(tǒng)，一個帶有編碼而另一個沒有。內(nèi)森博格解釋說：“系統(tǒng)的工作原理包含兩方面：編碼器，也就是一套公式，能模擬視網(wǎng)膜轉(zhuǎn)化各種刺激的能力，包括自然場景，由此產(chǎn)生正常的電脈沖形式；然后由刺激器，也就是光敏蛋白將這些脈沖傳送給大腦。”
“結(jié)合編碼后顯出了驚人的效果，系統(tǒng)性能達到了接近正常水平。也就是說，系統(tǒng)輸出中包含了足夠的信息，大腦可以用這些信息來重新構(gòu)建出人臉、動物，基本上我們所希望的任何東西的圖像。”內(nèi)森博格說。
經(jīng)過一系列嚴格實驗，他們發(fā)現(xiàn)小鼠的失明視網(wǎng)膜產(chǎn)生的圖案幾乎能媲美正常視網(wǎng)膜。
芯片+基因療法=恢復視力
“這是令人興奮的時刻！我們讓盲鼠的視網(wǎng)膜看到了圖像。”內(nèi)森博格說。她們正在盡快地將這一技術(shù)用于人類。“實驗結(jié)果表明要制造出高效視網(wǎng)膜假體，關(guān)鍵在于視網(wǎng)膜通訊編碼和高分辨率的刺激方法，目前這兩方面都已在很大程度上準備就緒。”
這也是第一個可能帶來正常或接近正常視力的視網(wǎng)膜假體，其中的編碼極為精確，甚至能讓使用者辨別面部特征，跟蹤移動的圖形。
研究人員指出，該研究為全世界2500萬因視網(wǎng)膜病變而失明的盲人帶來了希望。藥物療法只能幫助一小部分人，新的假體設備提供了恢復正常視力的編碼。從未來的治療目標來看，視網(wǎng)膜假體設備是最好的選擇。
但新假體還需要經(jīng)過人體臨床實驗，尤其是基因療法部分的安全性實驗，通過基因療法向視網(wǎng)膜中導入光敏蛋白。但內(nèi)森博格預測，實驗將會是安全的，因為在其他視網(wǎng)膜病變案例中，已有類似的基因介質(zhì)療法取得了成功。
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