研究人员对视网膜细胞进行了电刺激实验，以求在大脑中产生与正常视网膜接收的移动影像相同的图像。研究者称，尽管该技术尚未成熟，但对于重建盲人天生的、高保真的视觉系统已迈出了重要的一步。这项工作的部分资金来自美国国家卫生研究院（National Institutes of Health，NIH）。
就在20年前，仿生视觉（bionic vision）还仅仅是老生常谈，甚至比一个现实的医疗目标还显空洞。然而，在过去的几年中，人工视觉技术（artificial vision）首先出现在了美国和西欧市场，它让那些因色素性视网膜炎（retinitis pigmentosa）而致盲的人们在一定程度上重获光明。但值得注意的是，这项技术也有其局限性。这项技术虽然可以成功引导盲人通过一扇门，甚至阅读大号字母，但仍不足以帮助他们驾车或上街慢跑，也无法看清身边爱人的脸庞。
加州斯坦福大学的一个研究小组正专注于探究视网膜（眼球后方的神经组织）中的某些特定细胞，旨在改进这项仿生技术。
斯坦福大学Hansen物理实验室及医学院神经外科教授E.J.Chichilnisky说，“我们已经能够在视网膜上精确地重现出活动的图像。”该研究发表在Neuron上，并由NIH的国家眼科研究所（National Eye Institute，NEI）以及生物医学成像和生物工程国家研究所（National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering，NIBIB）承担部分资助款项。
视网膜包含多个细胞层。第一层为感光细胞层，负责检测光并进行光电信号转换。色素性视网膜炎及其它一些致盲疾病就是因为此类细胞的缺失。许多仿生视网膜或者视网膜假体（retinal prosthetics）的原理，就是让信号绕过受损的感光细胞，直接刺激视网膜的神经节细胞层，之后视觉信号便被传递到大脑。
目前，已有几种类型的视网膜假体正在开发之中。其中包括广为人知的产品“阿尔戈斯二代”（Argus II），它是由第二视力医疗产品公司（Second Sight Therapeutics）在NEI的支持下花费2500多万美金研发出来的。2013年，该产品在美国被批准用于治疗色素性视网膜炎，目前已经应用于美国的部分医疗中心。“阿尔戈斯二代”的眼镜内置了摄像头，可将无线信号传送到植入在视网膜中的电极阵列。电极通过刺激视网膜神经节细胞传递信息，患者就可以“看到”摄像头中的大体图像，包括光亮的变化，物体边缘和模糊的形状。
“这对于二三十年没有看见过东西的人来说，真是件兴奋的事。但从另一方面来讲，要想达到同天生的视觉系统一样逼真还为时尚早。” Chichilnisky博士这样说。他并没有参与阿尔格斯二代的研发。
他表示，当前的技术还达不到足够的精确性，无法重塑人类天生的视觉系统。尽管大部分的视觉处理过程在大脑中进行，但仍有一部分是在视网膜神经节细胞中完成的。视网膜中有100~150万个神经节细胞，分成至少20个不同种类。人类先天的视觉能力，包括对物体形状细节、颜色、景深和运动的观察能力，都需要在特定的时间激活特定的细胞来实现。
最新的研究表明，我们可以在独立的视网膜组织中进行电刺激从而形成图案。该报告的第一作者Lauren Jepson博士，是Chichilnisky之前在加州的拉荷亚索尔克生物研究院（Salk Institute in La Jolla）的博士后成员。两人曾与加州大学圣地亚哥分校、圣克鲁斯粒子物理研究所（Santa Cruz Institute for Particle Physics）以及波兰克拉科夫科技大学（AGH University of Science and Technology）的科学家们进行合作研究。
他们曾致力于研究一种叫做“伞状细胞”（parasol cells）的神经节细胞。这些细胞是探测物体运动及其方向和速度的重要视觉细胞。当有运动的物体进入眼睛的视场范围时，视网膜上的这些细胞就会被一波一波地激活。
研究人员在视网膜上植入了包含61个电极的网格状阵列。接下来，他们对每个电极发送脉冲信号，并“监听”细胞的反馈，就像声呐的原理一样。由于同其它细胞的反应不同，因而伞状细胞可以被识别出来。电极阵列上还安置了能够激活所有细胞的激励源。在这之后，研究人员记录下细胞对于简单运动图像的反应——例如灰色背景前一个运动的白条图案。最后，通过控制电流强度，对这些细胞进行电刺激，重建伞状细胞的激活状态，从而可以观察到，细胞产生了同之前对于运动图像一样的反应。
“虽然得到了这些结论，但要想研制出一个合格的产品，能够在患者视网膜的较大区域上呈现活动的图案，还有很长的路要走。”Chichilnisky博士说。“不过，如果能跨越前面的技术障碍，或许未来我们可以用神经系统自身本源的方式来修复它，精确地重建其正常功能。”
这些技术进步不但有助于让人工视觉变得更逼真，还可能应用到其它类型的仿生假体设备上，例如正在研制的那些帮助瘫痪群体重获运动能力的装置。NEI还资助了许多致力于视网膜假体的项目。
“视网膜假体技术蕴含着巨大的前景，但这研究过程是马拉松式长跑，而非短程冲刺。”NEI视网膜神经科学的项目总监Thomas Greenwell博士说到，“这项研究非常重要，它让我们意识到重现高质量视觉系统的挑战性——无论是研究团队向前迈进的每一步，还是整个领域想要保持源源不断的创造力，均非易事。”
该研究是由NIH授权专利EY012171和EB004410、美国国家科学基金会（National Science Foundation）、麦克耐特基金会（McKnightFoundation）、圣地亚哥基金会Blasker奖项以及波兰政府共同资助。（翻译：檀泽浩 审稿：王欣怡）
原文链接：http://www.sciencedaily.com/releases/2014/06/140605140009.htm
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