10500个电极，新型视网膜植入物让盲人“看”得更清晰

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图片来源@视觉中国zzv曹操读书网

文 | 学术头条zzv曹操读书网

眼睛是心灵的窗户，也是我们感知世界的重要器官之一。但是，全世界目前有大约 3200 万盲人，如此巨大的一个数字，使得重建盲人的视觉系统成为了医学领域重点关注的方向之一。zzv曹操读书网

目前，已经该有多种方式可以使视觉系统得以改善，比如通过逆转视力受损细胞的方式使动物重见光明，以及通过脑皮层植入的方式在脑海中展现特定内容。同样，随着电子集成的发展，仿生眼也进入了临床试验阶段。zzv曹操读书网

近日，来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员成功研发了一种性能更优越的视网膜植入物，通过植入患者眼睛内，就可以使患者重见光明。zzv曹操读书网

相关论文以 “Photovoltaic retinal prosthesis restores high-resolution responses to single-pixel stimulation in blind retinas” 为题，发表在科学期刊《通讯-材料》（Communications Materials）上。zzv曹操读书网

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来源：Communications Materialszzv曹操读书网

新型的视网膜植入物由高度柔性的材料制成，并包含光伏像素。研究人员表示，这种视网膜植入物预计将为佩戴者提供 46 度的视野（而其他视网膜植入物只能帮助患者恢复 20 度左右的视野）和更好的分辨率。zzv曹操读书网

对于盲人群体来说，新型视网膜植入物意义重大，因为这款产品不仅可以使他们恢复部分视野，还能显著改善他们的生活质量。zzv曹操读书网

现有植入产品效果不佳

使盲人重见光明，听起来是一件让人不可思议的事情，甚至像是科幻小说里面的情节。一直以来，这也是科学家们面临的最大挑战之一。zzv曹操读书网

在现有盲人人群中，大约有 200 万～400 万人是由于视网膜中光敏细胞丢失导致的失明。对于这种类型的失明，最有希望的治疗方法是将一种包含刺激视网膜细胞的电极的视网膜植入物放入眼睛中。zzv曹操读书网

现有的视网膜植入物通常由直接放置在视网膜上的电极网格组成。将植入物连接到一副眼镜、一台照相机和一台便携式微型计算机上。相机捕捉进入植入者视野的图像，并将这些图像发送到计算机，计算机将它们转换成电信号，然后传输到电极。电极根据在视野中检测到的光模式刺激视网膜神经节细胞。zzv曹操读书网

但是，植入者为了过上正常的生活，要求必须恢复至少 40 度的视野，但是目前的植入物产品效果不佳，只能帮助患者恢复 20 度的视野，这些佩戴者仍然被认为是盲人。zzv曹操读书网

Diego Ghezzi 是 EPFL 工程学院神经工程学（LNE）Medtronic 主席，他和他的团队自 2015 年以来一直在开发一种视网膜植入物，这种植入物可以与配备摄像头的智能眼镜和微型计算机配合使用。“我们的系统通过使用电极刺激视网膜细胞的方法，可以为盲人提供一种人工视觉。”Ghezzi 说。zzv曹操读书网

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同时，佩戴者们必须学会如何 “解释” 传入的视觉，以便 “看到” 图像。图案越多、越细致，佩戴者就越容易识别它们。zzv曹操读书网

Ghezzi 补充道：“就像人们看着夜空中的星星一样，我们可以学会识别特定的星座。盲人会看到与我们观测星空系统相似的东西。”zzv曹操读书网

10500 个电极，让盲人 “看” 得更清晰

与传统的植入物一样，EPFL 的植入物由像素阵列、眼镜和照相机组成，但不同的是，这种新型视网膜植入物没有电线。同时，这种植入物还具有较大的表面积，从而起到扩大视野并提高图像质量的作用，更大的尺寸也意味着更多的视网膜细胞被光伏像素刺激。zzv曹操读书网

LNE 的科学家 Laura Ferlauto 表示：“这种植入物将扩大视野。现有的植入物只能刺激视网膜中心的细胞。” 实验室的博士生 NaïgChenais 补充道：“这也意味着我们可以增加光伏像素的数量，从而使图像更加清晰。”zzv曹操读书网

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图 | 同一张图像看起来却有很大的不同，具体取决于可用的像素数 （来源：EPFL News）zzv曹操读书网

在解决像素问题的同时，研究团队使用了视野和分辨率这两个参数来评估他们的系统，他们开发的视网膜植入物包含 10500 个电极，每个电极都可以产生一个光点。zzv曹操读书网

Ghezzi 说：“我们不确定电极是太多还是不够。我们必须找到正确的电极数量，这样才能使出现的图像不会变得太难辨认。这些点的距离必须足够远，从而帮助患者区分彼此接近的两个点，但是必须有足够多的点，才能提供足够大的图像分辨率。”zzv曹操读书网

同时，研究人员还必须确保每个电极都能可靠地产生一个光点。Ghezzi 解释道：“我们想确保两个电极不会刺激视网膜的同一个地方。因此，我们进行了电生理测试，其中包括记录视网膜神经节细胞的活性。结果证实，每个电极确实激活了视网膜神经节细胞的不同部分。”zzv曹操读书网

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图 | 视网膜植入物可以为盲人提供人工视觉 （来源：EPFL News）zzv曹操读书网

根据目前模拟的结果显示，所选的点数量以及电极数量效果良好，可以给患者带来真正的好处。此外，研究人员还以恒定的分辨率、不同的视场角进行了测试。“我们从 5 度开始，一直测试到 45 度，我们发现饱和点为 35 度，超过这个点后，植入物可以保持稳定。”Ghezzi 说。zzv曹操读书网

这些实验的结果可以充分表明，相比于现有的视网膜植入物产品，这种新型视网膜植入物的效果更佳。zzv曹操读书网

尚未进行人体试验

到目前为止，现有的视网膜植入物的尺寸主要受到眼睛手术切口长度的限制。“切口必须尽可能小，这样才能避免损坏组织。” Chenais 说。zzv曹操读书网

为了克服这个障碍，研究人员选择使用了一种非常柔韧的材料。这使得植入物能够在手术过程中折叠，从而可以插入更大的植入物，而不必延长切口长度。zzv曹操读书网

而且这种材料是一种透明的、无毒的聚合物，已经在医学领域长期使用。LNE 的另一名博士生 Marta Airaghi Leccardi 表示：“因为聚合物具有柔韧性，所以植入物可以弯曲到眼睛的曲率，并与视网膜神经节有更大的接触。” 在第一轮测试中，原型被证明是无毒的，并成功增加了视野和视敏度。zzv曹操读书网

目前唯一的问题是，该系统还没有在人体上进行测试。Ghezzi 说：“由于获得医疗批准需要很长的时间，我们目前还没有获得将我们的设备植入人类患者体内的授权。”zzv曹操读书网

因此，他们下一步将是尽快进行体内试验验证，以研究其他一些相关因素的影响。“看到人类如何适应这种新的视觉方式也很有趣，这与我们的自然视野是不同的。”Ferlauto 说。zzv曹操读书网

虽然目前恢复视觉仍是一个比较科幻的领域，但是，这项研究或许可以让我们相信，在未来某一天科技的力量真的可以使人们恢复视觉。zzv曹操读书网

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