2019 10 31
作者：Kelly Servick
2014年，美国监管机构批准了一种治疗失明的方法。该设备称为Argus II，可将来自安装在眼镜上的摄像头的信号发送到眼睛后部大约3 x 5毫米的电极网格。它的工作是：替代遗传性视网膜色素变性中丢失的感光细胞的信号。植入物的制造商Second Sight估计，目前全球约有350人在使用它。 Argus II提供了相对粗略的人工视觉形式。用户会看到称为磷光扩散点。 “但没有一个患者放弃他们的白手杖或导盲犬，”加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学从事视觉修复工作的物理学家丹尼尔·帕兰克说。 “这是一个非常低的门槛。”
但这是一个开始。他和其他人现在的目标是通过更精确的刺激眼睛或大脑细胞的方法来提高标准。在上周在这里举行的神经科学学会年会上，科学家们分享了几项此类努力的进展。帕兰克说，其中一些已经进行了人体试验，这是“真正的最终试验”。 “这是令人兴奋的时刻。”
几种常见的疾病会通过破坏感光器（从眼睛到大脑的信息中继中的第一个细胞）来窃取视觉。中继站中的其他参与者通常保持完好无损：所谓的双极细胞，接收光感受器的信号；视网膜神经节细胞，形成视神经并将这些信号传递到大脑；大脑后部的多层视觉皮层将信息组织成有意义的视觉。
因为空间中的相邻点投射到视网膜上的相邻点上，并最终激活视觉皮层的早期处理区域中的相邻点，所以可以将视觉场景映射到信号的空间模式上。但是这种空间映射沿着中继变得越来越复杂，因此一些研究人员的目标是激活尽可能接近起点的细胞。
Palanker的团队设计了一个视网膜植入物，该植入物可替换约400个光电二极管或“像素”，以取代部分视网膜的细胞。一副眼镜的内部在近红外光下显示了外界的视频，植入物的像素将其转换为电信号以刺激视网膜的双极细胞。总部位于巴黎的Pixium Vision公司正在对五名患有感光细胞破坏性黄斑变性的人进行测试。在上周的会议上，帕兰克（Palanker）展示了一些视频，这些视频显示植入假体约1年的参与者可以识别桌子上的物体并阅读印刷或屏幕上的字母。帕兰克说，这种人造视觉足以分辨出一本书的标题，尽管书页上没有文字。他的团队现在正在努力缩小光电二极管-创建更精细的像素和更清晰的视觉-而又不会损失太多信号强度。
为了达到比眼睛电刺激所能达到的更高的精度，其他团队正在转向光遗传学，一种用光激活细胞的技术。在总部位于巴黎的GenSight Biologics进行的一项临床试验中，研究人员将一种携带有光敏感蛋白基因的无害病毒注射到了5名视网膜色素变性患者的眼中。携带这种基因的视网膜神经节细胞可以对投射入眼睛的红光做出反应。宾夕法尼亚州匹兹堡大学医学院和巴黎视觉研究所测试该技术的眼科医生和神经科学家乔斯·阿兰·萨赫尔（José-AlainSahel）说，试验参与者是否会获得有用的视力，明年将变得更加明确。
但是，针对视网膜细胞的疗法无法帮助那些因青光眼导致视力受损，或视神经严重受损的人。
Second Sight旨在用Orion来治疗这些患者，Orion是60个电极的植入物，直接位于视皮层上，并通过戴眼镜的摄像机提供大脑信号。在植入了大约1年的五位盲人患者中，有四位可以更好地在黑屏上找到拳头大小的白色正方形。所有这五个都能够更好地检测出白色条在屏幕上移动的方向。 “我们很受鼓舞，”杰西多恩说
放在大脑表面的电极有缺点。由于激活下面组织中的目标神经元需要相对大的电流，因此一次激活多个电极会引发癫痫发作。激活相邻电极可以刺激它们之间的组织，将两个离散的视点融合为一个斑点。但是在会议上，位于德克萨斯州休斯顿的贝勒医学院的Second Sight的合作者提供了证据，证明60根电极可以在60多个位置产生磷烯。科学家们采用被称为当前的转向，这是已经用于增强耳蜗植入音调感知的技术。
深入视觉皮层的电极可能会更靠近目标神经元，并使用较低的电流来激活组织中更小，更精确的点。上周，阿姆斯特丹荷兰神经科学研究所的彼得·罗尔夫瑟玛（Pieter Roelfsema）实验室的神经科学家陈星介绍了在两只视力正常的猴子中对包含1000个此类穿透电极的植入物进行的测试。通过一次激活10到15个电极，这些动物可以区分研究人员闪现到它们视野中的不同字母。Roelfsema希望在2023年开始人体试验。
纽约州立大学纽约州立大学健康科学大学的神经科学家斯蒂芬·麦克尼克警告说，大脑最终将在植入的导线周围形成疤痕，使它们与目标神经元隔离。他说，这样的植入物“将来会破坏所有其他植入物的皮质，而且充其量，[用户]不会看到太多东西。”他认为光遗传学有望带来更清晰的视野，使穿透电极不道德。在会议上，Macknik提出了一项名为OBServ的技术计划，该技术将向神经元添加一个光敏感的视蛋白基因，该神经元可以从大脑底部的信号通路到达视觉皮层。他解释说，这些细胞可以被大脑表面发出的光激活。
诸如OBServ之类的皮质光遗传学系统不会很快到达诊所。研究人员仍然需要证明，病毒可以安全可靠地赋予特定神经元持续数年的视蛋白基因。他们还需要在头骨下植入一个高度精确但紧凑的设备，该设备可以将光线闪烁到大脑中，同时读出神经活动以校准的刺激。
但是，许多研究人员说最大障碍之一是将超精密视觉传递到大脑是更为根本的：发现大脑将能够解释哪些刺激模式。贝勒神经科学家威廉·博斯金说：“我们不认为仅仅因为您拥有一百万个电极或完美的空间光遗传学激活，一切都就解决了。” “我们需要学习如何与皮质对话。”
https://www.sciencemag.org/news/ ... vision-blind-people |
