5月20日消息，《細(xì)胞》雜志5月14日發(fā)表了一項(xiàng)新研究，科學(xué)家們通過(guò)電流刺激人們大腦，成功誘使他們的大腦看到并不存在的字母。
這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在視力正常的人和成年后失去視力的盲人身上都獲得了成功。雖然這項(xiàng)技術(shù)仍處于早期階段，但大腦植入物未來(lái)可能會(huì)被用來(lái)刺激大腦，并在一定程度上恢復(fù)人們的視力。這種植入物被稱(chēng)為視覺(jué)修復(fù)植入物，它被放置在視覺(jué)皮層上，然后以一種特定的模式刺激大腦，測(cè)試者就可以“看到”特定的形狀。
研究報(bào)告的作者，貝勒醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家邁克爾·比徹姆和神經(jīng)外科醫(yī)生丹尼爾·約肖爾表示，這種設(shè)備的早期版本可以讓測(cè)試者感受到不同的形狀。耳蝸就是通過(guò)電極刺激內(nèi)耳神經(jīng)，幫助佩戴者增強(qiáng)聽(tīng)力，升級(jí)版的植入物工作原理與之類(lèi)似。
眼冒金星？光幻視
電流刺激使大腦產(chǎn)生了“光幻視”，也就是人們?cè)跊](méi)有任何光線進(jìn)入眼睛的情況下感知到了微小光點(diǎn)。這與光線從物體反射進(jìn)入你的眼睛不同，光幻視就像視覺(jué)系統(tǒng)的一種“怪癖”，讓你看到實(shí)際上并不存在的光點(diǎn)。例如，當(dāng)你在黑暗的房間里揉眼時(shí)，你可能會(huì)看到光幻視。
馬薩諸塞州總醫(yī)院視覺(jué)修復(fù)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人、哈佛大學(xué)神經(jīng)外科學(xué)助理教授約翰·佩扎里斯指出，揉眼時(shí)出現(xiàn)的光點(diǎn)被稱(chēng)為“機(jī)械性光幻視”，最早是由古希臘哲學(xué)家和生理學(xué)家阿爾克邁翁提出的。1755年，法國(guó)內(nèi)科醫(yī)生查爾斯·勒·魯瓦發(fā)現(xiàn)用電流刺激大腦也可以產(chǎn)生光幻視，盲人也不例外。
研究人員將電極植入視覺(jué)皮層，目的是讓測(cè)試者的大腦產(chǎn)生光幻視并使其組成連貫的形狀。科學(xué)家們假設(shè)，如果他們刺激大腦皮層的多個(gè)點(diǎn)，多個(gè)光幻視就會(huì)出現(xiàn)，并“自動(dòng)結(jié)合”成可理解的形狀，這有點(diǎn)類(lèi)似于電腦屏幕上的像素。
比徹姆和約肖爾說(shuō)：“大腦遠(yuǎn)比電腦顯示器復(fù)雜，而且由于我們還不完全了解的原因，實(shí)際上很難從光幻視的組合中產(chǎn)生可識(shí)別的形狀。”雖然在研究中也遇到障礙，但他們找到了一種克服障礙的方法。
如何在大腦中“繪畫(huà)”
研究小組在5名測(cè)試者的視覺(jué)皮質(zhì)上放置了一組電極，其中3人視力正常，2人失明。電極位于大腦的V1區(qū)域，也就是視網(wǎng)膜的信息進(jìn)行早期處理的區(qū)域。視力正常的參與者為了治療癲癇已經(jīng)通過(guò)手術(shù)植入了電極，盲人參與者也在另一項(xiàng)視覺(jué)修復(fù)的研究中植入了電極。
V1區(qū)域類(lèi)似于地圖，它的不同區(qū)域?qū)?yīng)于我們視野的不同區(qū)域。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果他們一次激活一個(gè)電極，參與者可以在預(yù)期的區(qū)域看到一個(gè)光點(diǎn)。但是如果多個(gè)電極同時(shí)連接，單個(gè)的光點(diǎn)仍然會(huì)出現(xiàn)，但不會(huì)形成連貫的形狀。
兩位研究人員表示，大腦是專(zhuān)門(mén)用來(lái)檢測(cè)我們周?chē)h(huán)境變化的，他們認(rèn)為，大腦應(yīng)該會(huì)跟蹤光幻視接連出現(xiàn)的模式。
因此，兩位研究人員嘗試了一種不同的策略。他們?cè)趦蓚€(gè)電極之間制造光幻視，并將電極之間的點(diǎn)連接起來(lái)。利用這種方法，研究人員在V1表面成功繪制了W、S、Z等字母形狀。當(dāng)然，這些形狀必須是上下顛倒的，視覺(jué)信息也是如此傳遞到視覺(jué)皮層的。結(jié)果，參與者們成功“看到”大腦追蹤的形狀，并在觸摸屏上精確地重現(xiàn)它們。
未來(lái)可期的新技術(shù)
荷蘭神經(jīng)科學(xué)研究所所長(zhǎng)彼得·羅弗西馬在發(fā)表于《細(xì)胞》雜志上的文章中寫(xiě)道:“在這項(xiàng)研究能夠應(yīng)用于有用的視覺(jué)假肢之前，我們還有很多挑戰(zhàn)需要克服。”
研究人員稱(chēng)，未來(lái)的視覺(jué)假體可能會(huì)包含成千上萬(wàn)個(gè)電極，而這項(xiàng)研究只使用了幾十個(gè)。此外，這些電極可能會(huì)穿透視覺(jué)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(jīng)元。
佩扎里斯說(shuō)，與大腦皮層表面的電極相比，穿透皮層的電極能產(chǎn)生更弱的電場(chǎng)，并產(chǎn)生更精確的光幻視。他指出，雖然表面電極能夠利用強(qiáng)大的電場(chǎng)到達(dá)組織內(nèi)的腦細(xì)胞，但有時(shí)會(huì)導(dǎo)致相鄰或重疊的細(xì)胞同時(shí)受到刺激。
羅弗西馬表示，為了使視覺(jué)假體起作用，需要發(fā)明一種新電極，并在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)與腦組織兼容。目前的大腦植入物會(huì)給大腦造成損傷，而且作用時(shí)間不夠長(zhǎng)。
然而，對(duì)于一些病人來(lái)說(shuō)什么形式最好取決于在他們大腦深處植入電極的風(fēng)險(xiǎn)。此外，致盲的原因有很多種，因此一些患者可能需要深度植入電極，另一些患者可能需要表面電極，還有一些患者可能需要直接植入視網(wǎng)膜。
研究人員稱(chēng)，最重要的是讓視覺(jué)假體能夠幫助盲人改善生活質(zhì)量。這意味著，除了優(yōu)化物理電極及其操作方式外，科學(xué)家還必須開(kāi)發(fā)可靠的軟件，幫助用戶(hù)過(guò)濾和處理視覺(jué)信息，只有這樣整個(gè)系統(tǒng)才能真正幫到他們。
佩扎里斯在談到視覺(jué)修復(fù)技術(shù)時(shí)說(shuō)：“從根本上說(shuō)，我們必須牢記的一件事是，失明并不會(huì)危及生命，因此需要用足夠的好處來(lái)抵消其中的風(fēng)險(xiǎn)。”(編譯/過(guò)客)
關(guān)鍵詞： 光幻視 新大腦植入技術(shù)
