10500個(gè)電極，新型視網(wǎng)膜植入物讓盲人看得更清晰

眼睛是心靈的窗戶，也是我們感知世界的重要器官之一。但是，全世界目前有大約 3200 萬盲人，如此巨大的一個(gè)數(shù)字，使得重建盲人的視覺系統(tǒng)成為了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的方向之一。

目前，已經(jīng)該有多種方式可以使視覺系統(tǒng)得以改善，比如通過逆轉(zhuǎn)視力受損細(xì)胞的方式使動(dòng)物重見光明，以及通過腦皮層植入的方式在腦海中展現(xiàn)特定內(nèi)容。同樣，隨著電子集成的發(fā)展，仿生眼也進(jìn)入了臨床試驗(yàn)階段。

近日，來自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的研究人員成功研發(fā)了一種性能更優(yōu)越的視網(wǎng)膜植入物，通過植入患者眼睛內(nèi)，就可以使患者重見光明。

新型的視網(wǎng)膜植入物由高度柔性的材料制成，并包含光伏像素。研究人員表示，這種視網(wǎng)膜植入物預(yù)計(jì)將為佩戴者提供 46 度的視野（而其他視網(wǎng)膜植入物只能幫助患者恢復(fù) 20 度左右的視野）和更好的分辨率。

對(duì)于盲人群體來說，新型視網(wǎng)膜植入物意義重大，因?yàn)檫@款產(chǎn)品不僅可以使他們恢復(fù)部分視野，還能顯著改善他們的生活質(zhì)量。

現(xiàn)有植入產(chǎn)品效果不佳

使盲人重見光明，聽起來是一件讓人不可思議的事情，甚至像是科幻小說里面的情節(jié)。一直以來，這也是科學(xué)家們面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

在現(xiàn)有盲人人群中，大約有 200 萬～400 萬人是由于視網(wǎng)膜中光敏細(xì)胞丟失導(dǎo)致的失明。對(duì)于這種類型的失明，最有希望的治療方法是將一種包含刺激視網(wǎng)膜細(xì)胞的電極的視網(wǎng)膜植入物放入眼睛中。

現(xiàn)有的視網(wǎng)膜植入物通常由直接放置在視網(wǎng)膜上的電極網(wǎng)格組成。將植入物連接到一副眼鏡、一臺(tái)照相機(jī)和一臺(tái)便攜式微型計(jì)算機(jī)上。相機(jī)捕捉進(jìn)入植入者視野的圖像，并將這些圖像發(fā)送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后傳輸?shù)诫姌O。電極根據(jù)在視野中檢測(cè)到的光模式刺激視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞。

但是，植入者為了過上正常的生活，要求必須恢復(fù)至少 40 度的視野，但是目前的植入物產(chǎn)品效果不佳，只能幫助患者恢復(fù) 20 度的視野，這些佩戴者仍然被認(rèn)為是盲人。

Diego Ghezzi 是 EPFL 工程學(xué)院神經(jīng)工程學(xué)（LNE）Medtronic 主席，他和他的團(tuán)隊(duì)自 2015 年以來一直在開發(fā)一種視網(wǎng)膜植入物，這種植入物可以與配備攝像頭的智能眼鏡和微型計(jì)算機(jī)配合使用。“我們的系統(tǒng)通過使用電極刺激視網(wǎng)膜細(xì)胞的方法，可以為盲人提供一種人工視覺?！盙hezzi 說。

同時(shí)，佩戴者們必須學(xué)會(huì)如何 “解釋” 傳入的視覺，以便 “看到” 圖像。圖案越多、越細(xì)致，佩戴者就越容易識(shí)別它們。

Ghezzi 補(bǔ)充道：“就像人們看著夜空中的星星一樣，我們可以學(xué)會(huì)識(shí)別特定的星座。盲人會(huì)看到與我們觀測(cè)星空系統(tǒng)相似的東西?！?/p>

10500 個(gè)電極，讓盲人 “看” 得更清晰

與傳統(tǒng)的植入物一樣，EPFL 的植入物由像素陣列、眼鏡和照相機(jī)組成，但不同的是，這種新型視網(wǎng)膜植入物沒有電線。同時(shí)，這種植入物還具有較大的表面積，從而起到擴(kuò)大視野并提高圖像質(zhì)量的作用，更大的尺寸也意味著更多的視網(wǎng)膜細(xì)胞被光伏像素刺激。

LNE 的科學(xué)家 Laura Ferlauto 表示：“這種植入物將擴(kuò)大視野?，F(xiàn)有的植入物只能刺激視網(wǎng)膜中心的細(xì)胞?！?實(shí)驗(yàn)室的博士生 Na?gChenais 補(bǔ)充道：“這也意味著我們可以增加光伏像素的數(shù)量，從而使圖像更加清晰?！?/p>

在解決像素問題的同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)使用了視野和分辨率這兩個(gè)參數(shù)來評(píng)估他們的系統(tǒng)，他們開發(fā)的視網(wǎng)膜植入物包含 10500 個(gè)電極，每個(gè)電極都可以產(chǎn)生一個(gè)光點(diǎn)。

Ghezzi 說：“我們不確定電極是太多還是不夠。我們必須找到正確的電極數(shù)量，這樣才能使出現(xiàn)的圖像不會(huì)變得太難辨認(rèn)。這些點(diǎn)的距離必須足夠遠(yuǎn)，從而幫助患者區(qū)分彼此接近的兩個(gè)點(diǎn)，但是必須有足夠多的點(diǎn)，才能提供足夠大的圖像分辨率?！?/p>

同時(shí)，研究人員還必須確保每個(gè)電極都能可靠地產(chǎn)生一個(gè)光點(diǎn)。Ghezzi 解釋道：“我們想確保兩個(gè)電極不會(huì)刺激視網(wǎng)膜的同一個(gè)地方。因此，我們進(jìn)行了電生理測(cè)試，其中包括記錄視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的活性。結(jié)果證實(shí)，每個(gè)電極確實(shí)激活了視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的不同部分?！?/p>

根據(jù)目前模擬的結(jié)果顯示，所選的點(diǎn)數(shù)量以及電極數(shù)量效果良好，可以給患者帶來真正的好處。此外，研究人員還以恒定的分辨率、不同的視場(chǎng)角進(jìn)行了測(cè)試。“我們從 5 度開始，一直測(cè)試到 45 度，我們發(fā)現(xiàn)飽和點(diǎn)為 35 度，超過這個(gè)點(diǎn)后，植入物可以保持穩(wěn)定?！盙hezzi 說。

這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以充分表明，相比于現(xiàn)有的視網(wǎng)膜植入物產(chǎn)品，這種新型視網(wǎng)膜植入物的效果更佳。

尚未進(jìn)行人體試驗(yàn)

到目前為止，現(xiàn)有的視網(wǎng)膜植入物的尺寸主要受到眼睛手術(shù)切口長(zhǎng)度的限制?！扒锌诒仨毐M可能小，這樣才能避免損壞組織?！?Chenais 說。

為了克服這個(gè)障礙，研究人員選擇使用了一種非常柔韌的材料。這使得植入物能夠在手術(shù)過程中折疊，從而可以插入更大的植入物，而不必延長(zhǎng)切口長(zhǎng)度。

而且這種材料是一種透明的、無毒的聚合物，已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期使用。LNE 的另一名博士生 Marta Airaghi Leccardi 表示：“因?yàn)榫酆衔锞哂腥犴g性，所以植入物可以彎曲到眼睛的曲率，并與視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)有更大的接觸?！?在第一輪測(cè)試中，原型被證明是無毒的，并成功增加了視野和視敏度。

目前唯一的問題是，該系統(tǒng)還沒有在人體上進(jìn)行測(cè)試。Ghezzi 說：“由于獲得醫(yī)療批準(zhǔn)需要很長(zhǎng)的時(shí)間，我們目前還沒有獲得將我們的設(shè)備植入人類患者體內(nèi)的授權(quán)?！?/p>

因此，他們下一步將是盡快進(jìn)行體內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證，以研究其他一些相關(guān)因素的影響?！翱吹饺祟惾绾芜m應(yīng)這種新的視覺方式也很有趣，這與我們的自然視野是不同的?！盕erlauto 說。

雖然目前恢復(fù)視覺仍是一個(gè)比較科幻的領(lǐng)域，但是，這項(xiàng)研究或許可以讓我們相信，在未來某一天科技的力量真的可以使人們恢復(fù)視覺。

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