Science:新型高解析度植入物使得通過大腦電刺激恢復視力成為可能

2021-01-13 生物谷

2020年12月6日訊/

生物谷

BIOON/---通過大腦植入物恢復盲人的視力即將成為現實。在一項新的研究中，來自荷蘭神經科學研究所等研究機構的研究人員發現新開發的高解析度植入物使得視覺皮層識別人工誘導的形狀和感知對象成為可能。相關研究結果發表在2020年12月4日的Science期刊上，論文標題為「Shape perception via a high-channel-count neuroprosthesis in monkey visual cortex」。

圖片來自CC0 Public Domain。

通過植入物刺激大腦產生人工視覺感知的想法並不新鮮，可以追溯到上世紀70年代。然而，現有的系統每次只能生成少量的人工「像素」。如今，在荷蘭神經科學研究所，由Pieter Roelfsema領導的研究團隊正在使用新的植入物生產和植入技術、尖端材料工程、微晶片製造和微電子技術來開發比以前的植入物更加穩定和耐用的設備。初步的研究成果是非常有前景的。

電刺激

當電刺激通過植入電極傳遞到大腦時，就會在視覺空間的特定位置產生光點的感知，即所謂的「光幻視（phosphene）」。Roelfsema團隊開發出由1024個電極組成的高解析度植入物，並將其植入兩隻視力正常的猴子的視覺皮層中。他們的目標是通過多個電極同時提供電刺激，產生由多個光幻視組成的感知，從而構建出可解釋的圖像。Roelfsema說，「我們在視覺皮層中植入的電極數量，以及我們可以生成高解析度人工圖像的人工像素數量，都是前所未有的。」

識別點、線和字母

這些猴子首先必須執行一項簡單的行為任務，在這項任務中，它們進行眼球運動以報告在通過單個電極進行電刺激期間引起的光幻視的位置。這些研究人員還對它們進行了更複雜的任務測試，如運動方向任務，在該任務中，微刺激被傳遞到一系列電極上，以及字母識別任務，在該任務中，微刺激被同時傳遞到8～15個電極上，從而構建出對字母的感知。這些猴子成功地利用它們的人工視覺識別了形狀和感知對象，包括線條、移動的點和字母。

論文第一作者、Roelfsema團隊博士後研究員Xing Chen解釋說，「我們的植入物直接與大腦連接，繞過之前通過眼睛或視神經進行視覺處理的階段。因此，在未來，此類技術可以用於恢復視網膜、眼睛或視神經損傷或退化但視覺皮層依然完好無損的盲人的低視力。」

這項研究為開發神經假體設備（neuroprosthetic device）奠定了基礎，所開發的神經假體設備可能讓重度失明者恢復功能性視力、能識別物體、在陌生環境中導航並且更容易在社會環境中與他人互動，從而顯著改善他們的獨立性和生活質量。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：1.Xing Chen et al. Shape perception via a high-channel-count neuroprosthesis in monkey visual cortex. Science, 2020, doi:10.1126/science.abd7435.

2.Michael S. Beauchamp et al. Stimulating the brain to restore vision. Science, 2020, doi:10.1126/science.abf3684.

3.Restoring a rudimentary form of vision in the blind
https://medicalxpress.com/news/2020-12-rudimentary-vision.html

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    1.Science：新型高解析度植入物使得通過大腦電刺激恢復視力成為可能doi:10.1126/science.abd7435doi:10.1126/science.abf3684通過大腦植入物恢復盲人的視力即將成為現實。
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