脑机接口迎来新突破？失明患者在大脑中植入电极后重见光明

能看到一条画在白板上的黑线，对一个普通人来说没什么了不起，但对于失明16年的戈麦斯来说，却是十分惊喜的。

因视神经病变破坏了连接眼睛和大脑的神经，42岁的戈麦斯至此失明，甚至感受不到一点光线；16年后，一项“新技术”让58岁的她重见光明——虽然看到的仅是黄白色的点和图案。

佩戴着装备有相机的眼镜的戈麦斯

类似人工耳蜗与起搏器

这归功于一副经过改进的眼镜，该眼镜被涂黑并配备了微型相机——已连接到处理实时视频输入的计算机，并将其转换为电子信号。 悬挂在天花板上的电缆将系统连接到嵌在戈麦斯头骨后部的端口，该端口与大脑后部视觉皮层中的100电极植入物相连。借助该系统，她能看到吸顶灯、人和印在纸上的字母、基本图形，甚至能玩一款简单小游戏。

以上是米格尔·埃尔南德斯大学神经工程系主任爱德华多·费尔南德斯（Eduardo Fernandez）数十年研究的成果。而长期以来，大多数研究者都尝试通过人工眼睛或视网膜，帮助失明患者恢复视力，取得了一定成功。在商业化案例上，尤以Second Sight最为典型，它分别在2011、2013年获得批准，在欧洲和美国销售人造视网膜。

但对那些连接视网膜和视觉皮质的神经受到损害的患者而言，这种方法并不管用。费尔南德斯通过植入技术直接直接向大脑传输信号实现了突破。其实该技术原理并不新鲜，数十年来，主流医疗设备一直都在利用其基本原理，譬如起搏器、人工耳蜗。

以人工耳蜗为例，它主要由两部分组成：处理系统和内耳植入体。前者对外部麦克风产生的信号进行处理，并将数字信号传输给后者；后者的电极把电流传输给附近的神经，大脑对神经传来的信号进行处理。至1961年面世以来，目前人工耳蜗已被全球超过50万人使用。

曲折的实验历程

事实上，此前类似实验早已存在，但几乎没有成功案例。

据悉，早在1929年，德国神经科医生奥特弗里德·弗里斯特（Otfrid Foerster）在一次手术期间发现，在患者视觉皮质中插入一根电极，患者会看到一个白点。此后，科学家和科幻作者设想出各种人造视觉系统：信号传播路线为相机-计算机-大脑；更有甚者开发出了初步的系统。

2000年代初期，这一假设成为现实。生物医学研究人员威廉·多贝利（William Dobelle）在一名自愿接受试验的患者头部安装了人工视觉系统，但在开启系统不久后，患者发生痉挛并倒在地上。原因是因为电流过高，对大脑的刺激过强，超出了正常范围。

与多贝利相比，费尔南德斯要保守得多，背后的细节也要复杂得多：

首先，要解决相机问题，即人类视网膜会生成何种信号？为此，他从刚刚死去的人眼睛中取出视网膜，将视网膜与电极相连，并暴露在光线下了解电极的信号；其团队还利用AI技术，将视网膜输出的电信号与简单的视觉输入匹配，以编写软件便于自动模拟该过程。

其次，要将电信号传输给大脑。在费尔南德斯研制的人工视觉系统中，一根电缆与多通道神经电极（尺寸略小于AAA电池凸起的正极）相连。多通道神经电极上有100个微型电极，每个电极可向1-4个神经元传输电流。在患者头部植入多通道神经电极时，电极会穿过大脑表面。为确保安全，还必须对电极逐个校准，逐步加大电流，直到受试者产生光幻视。

多通道神经电极有100个微型电极

商业化：挑战与前景

成功不是一蹴而就的，费尔南德斯也有着对系统功能细节的诸多担忧。

首先，人体免疫系统会攻击电极，在电极周围产生瘢痕组织，从而削弱信号。其次，目前无法知道电极的正常使用寿命——对于要通过脑部手术才能使用的医疗设备而言，使用寿命是重要的先决条件。最后，不清楚大脑从多通道神经电极接受信号的负载能力，无法贸然提升图像分辨率，以“确保”恢复视力。

为此，费尔南德斯表示，尽管开展了动物实验，但动物无法表达感受，未来数年，还会在5名失明患者植入该系统。另外他还指出，类似人工耳蜗，人工视觉系统要实现真正普及，还需要通过无线方式向电极传输信号和电能；但目前该系统还需要使用有线连接，未来也需要许多次迭代才可能最终定型。

不过值得期许的是，全球失明患者达到3600万，费尔南德斯的方法它绕过了眼睛和视神经，能满足人工视网膜无法解决的其中大部分患者的需求。一旦该技术试验成功并走上临床，势必能掀起一股浪潮，我们也期待更多团队能投入到该技术的研发及产业化进程中。

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参考资料：

https://www.technologyreview.com/s/615148/a-new-implant-for-blind-people-jacks-directly-into-the-brain/

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