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Cell重磅：科学家在视觉皮层上“画出”形状，来帮助盲人恢复视觉


大多数成年后失明的人都是由于眼睛或视神经受损 ， 而他们的大脑则是完好的 ， 因此几十年里科学家一直在尝试寻找方法绕过受损的眼部 ， 将摄像设备中的视觉信息直接传递给大脑 ， 从而恢复失明者的视力 。
近期 ， 美国贝勒医学院的研究人员将这种设想又向前推进了一大步：他们开发出一种方法 ， 使用植入电极按动态的顺序在人脑的视觉皮层表面上施加刺激 ， 借此“画出”受试者能够看到的图形 。 相关研究在5月14日刊登于Cell期刊 。
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“当我们通过电极刺激直接在失明者的大脑上动态地‘画’字母时 ， 他们能‘看到’相应的字母形状 ， 也能正确地认出不同的字母 ， 根据他们的描述 ， 他们眼前出现发光的点或线条 ， 形成了字母 ， 就像飞机在天上画出的文字 。 ”本研究通讯作者Daniel Yoshor称 。
Cell重磅：科学家在视觉皮层上“画出”形状，来帮助盲人恢复视觉
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对视觉皮层的动态刺激如何使参与者“看到”形状
此前科学家也进行过类似的刺激视觉皮层的试验 ， 但都不太成功 ， 因为当时的方法是将每一个电极当作一个像素 ， 同时刺激多个电极 ， 以此组合出视觉图像 。 在这种实验中 ， 受试者往往可以看到光点 ， 但却很难辨别出物体或形状 。 而Michael Beauchamp指出了本次研究的独辟蹊径之处：“我们没有再尝试用多个光点构建形状 ， 而是用轨迹描绘出轮廓来 ， 这种灵感来自人们在别人手掌上画字母的游戏 。 ”
为了检验这种方法是否有效 ， 研究人员招募了4位视力正常者和两位失明者参与测试 。 4位视力正常者的大脑中植入电极 ， 用于监测癫痫；而两位失明者在参与一项视觉皮层模拟设备的试验 。 试验时大脑也植入了电极 。 在本研究中 ， 科学家按顺序刺激受试者脑中的多个电极 ， 使其产生对形状的感知 ， 结果表明受试者能够正确地辨识出相应的字母 。
研究人员指出 ， 这种方法的成功意味着 ， 如果失明者愿意接受植入式设备 ， 他们就可以借助这种直接向大脑输入视觉信息的技术重新获得感知和识别视觉形状的能力 。 不过研究者也承认 ， 这项技术要真正投入临床应用 ， 还有一些难点亟待克服 。
Beauchamp称：“这些电极植入的区域是初级视觉皮层 ， 而初级视觉皮层拥有大约5亿个神经元 。 这项研究中我们用为数不多的电极只刺激到了这些神经元中极小一部分 。 下一步我们需要与神经工程学家合作 ， 开发更大型的电极阵列 ， 争取达到数千个电极的规模 ， 这样便可以实现更精准的刺激；除了改进硬件之外 ， 我们还需要升级实施刺激的相关算法 ， 双管齐下帮助失明者获取有效的视觉信息 。 ”
文章信息：
Dynamic Stimulation of Visual Cortex Produces Form Vision in Sighted and Blind Humans
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30496-7
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.033
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