科學家利用電流產生「星星」在大腦中寫字 讓盲人也能「看見」不...

盲人最渴望的當然是有一天能重見藍天白雲，行動自如，現在，科學家們用一種特別的方法能讓他們重新「看見」：以電流的形式在他們的大腦中寫字，誘使大腦去「看」那些不存在的字母。

根據5月14日發表在《細胞》雜誌上的一項研究，這一實驗對有視力的人和成年後失去視力的盲人都有效。雖然這項技術仍處於早期階段，但植入的設備未來可能會被用來刺激大腦，並在一定程度上恢復人們的視力。

這種植入物被稱為視覺修復，它被放置在視覺皮層上，然後以一種模式進行刺激，以「追蹤」出參與者可以「看到」的形狀。這些植入物的更先進版本可能與耳蝸植入物類似，後者通過電極刺激內耳神經，幫助增強佩戴者的聽力。

研究報告的作者、貝勒醫學院的神經科學家麥可·比徹姆(Michael Beauchamp)和神經外科醫生丹尼爾·約肖爾(Daniel Yoshor)表示:「(這種設備的)早期版本可以檢測到所遇到的形狀輪廓。」 「對許多盲人患者來說，能夠模模糊糊地辨認出家人的樣子，或者允許更多的獨立行動，將是一個了不起的進步。」

目前的研究則代表了實現這種技術的一小步。

看到星星

這項研究的作者通過電流刺激大腦，使其產生所謂的「光幻視」，即人們有時在沒有任何光線進入眼睛的情況下就能感知到的微小光點，從而寫出了字母。與光線從房間裡的物體反射進入你的眼睛不同，光幻視是視覺處理系統的一種怪癖；你「看到」這些光點，即使它們實際上並不在那裡。例如，當你在黑暗的房間裡揉眼睛時，你可能會看到光閃現象，這種現象通常被描述為「看星星」。

麻薩諸塞州總醫院視覺修復實驗室的負責人、哈佛大學神經外科學助理教授約翰·佩扎裡斯(John Pezaris)說，當你揉眼睛時出現的星星被稱為「機械光斑」(mechanical phosphenes)，最早是由古希臘哲學家和生理學家阿爾克邁翁(Alcmaeon)描述的。佩扎裡斯說，幾個世紀後的1755年，法國內科醫生Charles Le Roy發現用電刺激大腦也可以產生生動的光幻視，即使是盲人。佩扎裡斯沒有參與這項研究。 

佩扎裡斯說，在20世紀60年代，科學家們開始研究視覺修復術；研究人員將電極植入視覺皮層——大腦中處理來自眼睛的信息的區域——以產生光幻視並將其組合成連貫的形狀。作者指出，科學家們假設，如果他們刺激大腦皮層的多個點，多個光幻視就會出現，並「自動結合」成可理解的形式，就像電腦屏幕上的單個像素一樣。

比徹姆和約肖爾說:「但大腦遠比電腦顯示器複雜，由於我們還不完全了解的原因，實際上很難從光幻視的組合中產生可識別的形式。」兩位作者在自己的研究中也遇到了同樣的障礙，但他們找到了一種規避的方法。  

在大腦中畫畫

研究小組在5名參與者的視覺皮質上放置了一組電極，其中3人是有視力的，2人是盲人。具體來說，電極位於大腦的V1區域，在這裡，來自視網膜的信息被收集起來進行早期處理。這些視力正常的人已經在接受手術，將電極植入他們的大腦，這是癲癇治療的一部分，目的是監測他們大腦的癲癇發作活動。兒盲人參加了另一項研究，調查視覺修復術，並在那個時候植入了電極。

V1的工作原理類似於地圖，地圖的不同區域對應於我們視野的不同區域，如右上角或左下角。作者發現，如果他們一次激活一個電極，參與者可以在預期的區域看到一個光點。但是如果多個電極同時連接，單個的光幻視仍然會出現，但不會形成連貫的形狀。

因此，兩位作者嘗試了一種不同的策略；他們假設，通過「將電流掃過」幾個電極，他們可以追蹤到大腦表面的圖案，從而產生可識別的形狀。「大腦是專門用來檢測我們周圍環境的變化的。」因此他們提出了一個理論，該器官應該跟蹤一個接一個出現的光環視的圖案。

荷蘭神經科學研究所所長彼得·羅弗西馬(Pieter Roelfsema)表示，耳蝸植入使用類似的策略來產生不同的聽覺音調。他沒有參與這項研究。「假設電極1的音調高，電極2的音調低。」他說，通過引導電流通過兩個電極，「你可以得到介於電極1和2之間的音調。」

該研究的作者發現，他們可以在視覺上做類似的事情;它們可以在兩個分開的電極之間產生光幻視，從而將它們之間的點連接起來。利用這項技術，作者在V1表面繪製了字母形狀，如「W」、「S」和「Z」;這些形狀必須被顛倒和倒著繪製，這就是視覺信息通常從我們的眼睛到達視覺皮層的方式。

最後，研究參與者可以看到追蹤的形狀，並在觸控螢幕上精確地重現它們。當研究參與者開始看到他們腦海裡的字母時，「我認為他們至少和我們一樣興奮，可能更興奮！」 比徹姆和約肖爾說。

展望未來

羅弗西馬在發表於新論文的《細胞》雜誌上的一篇文章中寫道:「在這項研究能夠應用於有效的視覺假肢之前，還有很多挑戰需要克服。」

作者說，在未來，視覺假肢可能會包含「成千上萬個電極」，而這項研究只使用了幾十個。此外，「這些電極可能被設計用來穿透皮層，這樣電極尖端就更接近皮層表面以下幾百微米的神經元。」 

佩扎裡斯說，與大腦表面的電極相比，穿透大腦的電極能產生更弱的電場，從而得到更精確的光幻視。他指出，表面電極利用強大的電場到達組織內的腦細胞，有時會導致相鄰或重疊的細胞同時受到刺激。

羅弗西馬表示，為了使視覺假體起作用，需要發明新的電極，在很長一段時間內與腦組織兼容。他說，「目前進入大腦的藥物會造成損傷，而且作用時間不夠長。」然而，佩扎裡斯說，對於某些病人來說，表面電極可能是最好的，這取決於在他們大腦深處植入電極的風險。

他說:「致盲的原因有很多種」，一些患者可能從深度植入電極中獲益最多，另一些患者可能從表面電極中獲益最多，還有一些患者可能從直接植入視網膜的修復術中獲益最多，這種方法只需要進行眼部手術即可植入。

比徹姆和約肖爾說，最重要的是，「為了讓視覺假體設備真正對盲人有用，能真正地改善他們的生活質量。」這意味著，除了優化物理電極及其操作方式外，科學家還必須開發可靠的軟體，幫助用戶過濾和處理視覺信息。一旦組裝完成，整個系統必須足夠有效，人們才能真正使用它。

佩扎裡斯在談到視覺修復術時說:「從根本上說，我們必須牢記的一件事是，失明並不會危及生命，因此需要用足夠的好處來抵消失明的風險。」

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

原文來源：https://www.livescience.com/drawing-letters-on-the-brain.html

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