2022 08 26
视网膜疾病和与年龄相关的退化可导致视力受损。
致力于恢复视力的科学家正在开发多种有前景的解决方案。
这些技术通过各种替代方法绕过受损的视网膜，使大脑能够看到。
人类视网膜是大脑中位于眼睛后部的光敏部分，它是一项在视觉这一关键感官的核心进行工程的壮举。因此，视网膜色素变性或与年龄相关的黄斑变性等视网膜疾病，导致视力受损和失明，可能是特别难以治疗和破坏性的。
但科学家们正集中精力研究一系列可能带来一线希望的策略。
新技术令人惊叹。让我们一起去看他们。
视网膜组织精巧，能检测到来自我们周围环境的光，并将其转化为电化学信号，最终到达大脑的视觉皮层，在那里，这些信号被进一步处理并解释为我们可以理解的图像。但是，对系统任何部分的损伤，从感光细胞到与之通信的双极细胞，再到通过视神经将信息传递给大脑的神经节细胞，都会损害我们的视觉。
虽然有无数种恢复视力的策略，但视网膜假体或植入视网膜上或视网膜内的电极阵列取得了最大的进展。电极绕过受损的感光细胞，直接刺激存活的神经元，即双极细胞或神经节细胞，这些神经元进入大脑视觉皮层，为患者提供人工视觉。大多数设置包括一个安装在眼镜上的摄像机，它可以拍摄图像，图像由处理器转换成电信号。然后将这些信号发送到电极阵列。
2015年4月22日，在法国社会事务、卫生和妇女权利部长的访问期间，一名盲人患者在巴黎的quinze vingts国家眼科医院戴着人造视网膜
然而，瑞士洛桑理工学院的神经工程教授 Diego Ghezzi 表示，目前的技术无法复制视网膜的工作，视网膜是一个具有多个突触阶段的复杂微处理器，将1.2亿光感受器的信息汇聚到120万个神经节细胞。视网膜向大脑的精确输出神经节细胞产生的电脉冲的时空模式是未知的。“因此，由于我们没有技术可以在120万个视网膜神经节细胞中单独完美地复制这种代码，我们所做的只是一种近似值，”Ghezzi告诉《大众力学》。
人工视网膜
Ghezzi的团队设计了一种光伏视网膜假体，其功能类似于Argus II，该假体自2011年开始使用，现已停产。“最大的区别是，我们的电极，如太阳能电池板，能够吸收光并在设备内将其转换为电能，”Ghezz说。尽管眼镜仍有必要将环境光放大到假体可以检测到的强度，但Ghezzi的系统比以前的技术有了一些改进。
光伏视网膜假体
光伏视网膜假体由10498个像素组成，覆盖43度的视角。
“视力受到电极之间距离的限制，”Ghezzi说。“在我们的设备中，该距离为120微米[与Argus II中的575微米相比]，相当于20/480（大约0.04）的视力。”然而，其他技巧可以提高该数字。“你可以用眼镜放大，因此如果你必须看教科书页面等非常小的东西，放大可以将分辨率从20/400（大约0.05）提高到20/200（大约0.1）。”但这一技巧的实现是以切入视野或你凝视时可见的区域为代价的。
实验和模拟表明，至少30度的视角对于功能移动性或安全地在环境中通过的能力是必要的。因此，Ghezzi 的目标是“拥有足够好的视力和非常大的视角。”
由10498个像素组成，覆盖43度的视角，他的团队的假体比Argus II实现的20度有了显著改善；因为它是由柔性有机聚合物制成的，所以它自然地符合眼睛的曲面。研究人员最近在哥廷根小型猪身上测试了该装置，证明植入的假体对光有反应。盖齐说，下一步是在人类身上测试植入物。
能刺激视觉的声波
其他科学家，如南加州大学的周奇发，从不同的角度来解决这个问题。周和他的同事们没有从视网膜内刺激视网膜神经元，而是用源自眼睛外部的超声波或高频声波来触发它们的活动。
超声视觉刺激系统
以视网膜为目标的声波刺激视网膜神经元，这些神经元产生神经信号，通过视神经传递到大脑。使用插入对侧上丘（SC）或视皮层（VC）的多电极阵列记录大脑活动。
“通过电刺激，外科医生需要将电极放在眼睛内；这是一种侵入性技术，”周告诉《大众力学》。“我们的方法潜在的风险较小。”与其他视网膜修复术一样，周的装置将包括一个摄像头，接收图像并将其处理成一种模式，在这种情况下，超声波将射入眼睛。对大鼠的概念验证研究将视网膜的超声刺激与大脑视觉中心的电反应联系起来。
光遗传学解决方案
有几个研究小组正在通过光遗传学寻求视觉恢复，其中视网膜神经元通过一种病毒诱导，该病毒靶向特定细胞，在其细胞膜中表达光敏蛋白。José-Alain Sahel和他的同事是第一个在患者身上成功实施这项技术的人，正如去年发表的一篇论文所报道的那样。
虽然他们的方法还需要摄像机和处理器来将来自环境的图像转换成可以激发转化神经元的光脉冲，但它可能比传统的假体更可靠、更通用。在一次性注射病毒后，视网膜中的细胞继续表达光敏蛋白，而物理植入物可能降解并停止工作，并伴有感染风险。匹兹堡大学医学院眼科学教授、UPMC眼科中心主任萨赫勒告诉《大众力学》杂志说：“由于护目镜在眼睛之外，所以它们会随着时间的推移而改进”。“它们已经不同于我们开发的第一款护目镜，未来还会有更多”。
这些护目镜中的神经形态摄像机部分模拟了视网膜对光的反应。
但事实上，患者看到了什么？
“这种[光敏]蛋白产生的信号类型是一种新型信号，患者必须学习如何从中理解，”萨赫勒说，并将这一过程与学习外语进行了比较。相机中的每个像素都会对光线的变化做出反应，所以这就像看着闪烁的屏幕，当光线在该位置变化时，像素会闪烁。萨赫勒指出，这种神经形态摄像机的设计是为了部分模拟视网膜对光的反应。
在视网膜神经元通过一种针对特定细胞的病毒诱导，在其细胞膜上表达光敏蛋白后，这些护目镜帮助用户辨别形状、光源、边缘和运动物体。
萨赫勒解释说，因此，在检测边缘中，当物体移动或患者移动头部或眼睛时，就会产生信号。逐渐地，患者能够辨别运动中的形状、光源、边缘和物体。参与匹兹堡临床试验的患者 Dan Dunfee 说，这就像是从涂有凡士林的眼镜中看到一个沐浴在不同强度蓝色中的世界。
“我看到对比度和光线，以及对比度和灯光变化的边缘，”邓菲告诉《大众力学》。“当我发现我认为是某个物体的边缘时，我会四处扫描，找到它的其他边缘，从中，我可以了解物体的大小、形状和反射程度。”
蒙特利尔神经研究所（Montreal Neurological Institute）的神经科学助理教授 Stuart Trenholm 说，这些疗法产生的视力与自然视力相差很大，因为视网膜对光的反应与正常情况不同。
干细胞具有恢复视力的潜力
这就是干细胞疗法的前景，在干细胞疗法中，人体自身的细胞可以被诱导分化为视网膜细胞，甚至整个视网膜。Trenholm告诉《大众力学》（Popular Mechanics），“就像魔术一样，盘子里的视网膜或视网膜类器官似乎在视网膜的所有不同部位生长。”。“而且由于大脑发育的大部分依赖于周围环境，因此在整个组织中生长替代部分可能会让你获得更多自然细胞，”然后可以替代受损和死亡的组织。
威斯康星大学的教授兼儿科眼科医生 David Gamm 将这一过程比作汽车零部件的制造。“我们可以为你的汽车制造火花塞，但如果发动机完全熔化和生锈，新的火花塞就不起作用了，”他告诉大众机械师。类似地，失去视锥或视杆但保留了其余基础神经结构的患者可以从移植的光感受器中受益，而那些病情更严重的患者则需要更大的重建。
他的团队最近与威斯康星大学麦迪逊分校的Raunak Sinha实验室共同发表了一项研究，证明从人类干细胞培养的视网膜类器官中的视锥细胞像猕猴视网膜一样对光做出反应。现在，Gamm 在即将进行的临床试验中尝试这种火花塞替代品。“我们已经证明，该细胞具有检测光的能力，它是一个真实的细胞。但它能（将自身安装在正确的位置）并将信号传递给患者体内的原生细胞吗？”
但加姆提醒说，进展将是渐进的。“如果你已经四肢瘫痪30年了，那么在接受干细胞治疗后再跑马拉松的想法是不现实的。”同样，加姆认为，这项技术一开始会带来一些小的、有意义的改进，比如视力只有感光的人也能感知运动。“然后我们将在这方面进行创新。”
https://www.popularmechanics.com ... s-to-restore-sight/ |
