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大疆以外的无人机推荐 《Cell》!脑机接口绕过眼睛植入幻觉!美国成功在盲人脑中呈现视觉图像

而对于绝大多数盲人来说,失明主要是由于眼睛或者视神经受损,而大脑与常人无异。因此,数十年来,科学家一直想开发一种设备,直接绕过受损的眼睛和视神经,直接将视觉信息传递给大脑,从而使盲人恢复视力。

这种设备被称为 视皮层视觉假体(visual cortical prosthetic)又名“仿生眼” ,是一种将图像信息进行人工处理与编码,通过插入的微电极阵列对视觉神经系统进行刺激,使盲人恢复部分视力的人造器官。

早在 1996 年,来自美国犹他州的世界著名高等学府犹他大学的研究人员就成功开发出了视皮层视觉假体,长度为 1.5 mm 的 100 个针状电极呈 10×10 正方形排列在厚 0.2 mm、面积为 12.96mm2 的金属薄片上。

在当时的实验中,研究人员将电极植入患者脑内,刺激大脑皮层,成功让患者产生了“ 光幻觉”,患者可以描述研究人员预测的颜色,并且跟随光斑的位置转动眼球。

随后,研究人员又对视皮层视觉假体进行了改良,开发出了经颅刺激的无痛、非入侵式的方法,可以使正常人和盲人产生“光幻觉”,同时也可以用来确定患者的视觉皮层是否正常,用于帮忙筛选合适的“仿生眼”移植者。

然而,即使经过改良,这些视皮层视觉假体依旧不太成功,因为这些方法仅仅将每个电极视为可视显示器中的像素,通过同时刺激了多个电极,参与者虽然可以“看到”到光点分辨颜色,但却无法识别有用的信息,例如文字和图像。

闭上眼,脑海中浮现了字母

为了让视皮层视觉假体能够更好的帮助盲人认识世界,Daniel Yoshor 教授开始着手动态激活电极的研发。而其中的技术原理也很有趣。

小时候,大家都应该玩过一个简单版 “你画我猜”的小游戏,一个小伙伴用手在另一个小伙伴的手上或者其他部位写下一个字,然后让另一个人猜这个字是什么。

显然,如果我们直接拿一个汉字或字母往手上按压,另一个小伙伴肯定很难猜出正确答案,这也是此前视皮层视觉假体的局限,无法生成连贯的刺激,让患者产生对字母或图片形成连贯的感知。

而通过手写的方式,我们显然可以更准确的猜出答案。这也是 Daniel Yoshor 教授灵感的来源, 通过动态电极刺激大脑皮层绘制字母或图像的轮廓,从而让患者能够更清楚地识别研究人员想要传达的信息。

为了实现这一目标,研究人员对传统的电极进行了改进 ,结合了电流转向和动态刺激,通过精准的电流控制,依次激活不同的电极,来实现字母或图片轮廓的绘制。

为了验证这一改良后装置是否可行,研究人员在四个视力受损但没有完全失明,以及 2 个完全失明患者的大脑视觉皮层内植入这种电极,然后依次激活不同的电极,绘制字母“Z”的轮廓, 结果这 6 名受试者都“看到”了字母“Z”的存在。

该视频展示了一位盲人受试者,根据对视觉皮层的动态刺激,绘制出脑海中呈现的字母图像

结果表明, 盲人的确可以通过使用将视觉信息直接输入大脑的技术,来重新获得识别视觉信息的能力。

不过, 这个技术目前还不完美,因为人类大脑视觉皮层中包含了数十亿个神经元,而在这次研究中,研究人员仅刺激了其中的一小部分,仅仅实现了字母信息的传递,实用性并不够。

对此,

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