電極植入大腦讓盲人重獲光明

編譯 瞿立建

杰森 ? 埃斯特海森（Jason Esterhuizen）在一場車禍中雙目失明，大腦植入電極后，恢復部分視力，正練習定位物體和行走

埃斯特海森曾是個很有活力的年輕人，熱衷自駕和開摩托，還會開飛機。這一切在他23歲的時候與他無緣了。他遭遇了一場車禍，雙目失明。生活在一瞬間跌入谷底，令他絕望透頂。

埃斯特海森接受了行動訓練，學會了如何閱讀盲文，使用殘疾人輔助設備，利用電腦工作。2013年，他在電視上一則新聞片段里了解到，一家公司開發(fā)了一種大腦植入物，可以為盲人創(chuàng)造人工視覺。這家公司就是位于加州錫爾馬的第二視力公司（Second Sight），當時剛剛在美國獲批上市一種視網(wǎng)膜植入產(chǎn)品，阿耳格斯II（Argus II，Argus 是希臘神話中的百眼巨人）視網(wǎng)膜假體，該產(chǎn)品旨在幫助因一種罕見的遺傳性疾病——色素性視網(wǎng)膜炎而失明的患者。埃斯特海森與之失之交臂。

2018年，第二視力公司又開發(fā)出一種大腦植入物，這款新產(chǎn)品名為“俄里翁”（Orion，希臘神話人物，他被人害得雙目失明，太陽神阿波羅使他恢復了視力），現(xiàn)在正在進行小型臨床試驗，埃斯特海森是6位盲人受試者之一。俄里翁用于為那些因多種原因失明的人提供人工視力，包括青光眼、糖尿病視網(wǎng)膜病變、視神經(jīng)損傷等疾病導致的眼睛損傷。如果這種方法有效并被證明是安全的，那么它和其他大腦植入物有望幫助更多的盲人。

埃斯特海森在2018年初得知他成為該試驗的受試者，他和他的妻子就離開了他們生活的南非，搬到了洛杉磯，參加這項研究。他說，這個裝置將會讓他七年多來第一次親眼看到為自己過生日的蠟燭。

從外表看，俄里翁看起來就像一副太陽鏡，附帶一個小攝像頭和視頻處理器。然而，在大腦中植入的是一個郵票大小的芯片，包含60個電極，位于大腦處理視覺信息的視覺皮層。當設備被打開時，攝像機捕捉到人周圍的環(huán)境，無線視頻處理器使用一種算法將這些圖像轉(zhuǎn)換成電脈沖，再傳輸?shù)街踩氪竽X的電極上，電極使大腦感受到視覺。

俄里翁通過大腦植入發(fā)揮功效，有別于阿耳格斯II和市場上其他所謂的“仿生眼”。這些設備不需要進行腦部手術，而是把電極植入到眼睛后面。阿耳格斯II和其他“仿生眼”要求用戶的眼睛里要有一些功能正常的細胞，這就是為什么視網(wǎng)膜植入物目前只被批準用于視網(wǎng)膜色素變性患者的原因。在340萬鑒定了失明或視力受損的美國人中，視網(wǎng)膜色素變性患者只占一小部分。

色素性視網(wǎng)膜炎會使感光細胞逐漸死亡，進而導致視力下降。但是直接與大腦對話的眼睛細胞神經(jīng)節(jié)卻完好無損。視網(wǎng)膜植入物，如阿耳格斯II、法國的Pixium Vision公司和德國的Retina Implant公司制造的視網(wǎng)膜植入物，就是刺激這些細胞，沿著視神經(jīng)將視覺信息傳遞到大腦。全世界大約有350名視網(wǎng)膜色素變性患者使用阿耳格斯II設備。

俄里翁系統(tǒng)外在看起來像太陽鏡，需要在大腦植入電極，使用者獲得視覺甚至不再需要用到眼睛

但是，與阿耳格斯II共享大部分技術的俄里翁完全繞過了眼睛和視神經(jīng)。加州大學洛杉磯分校羅納德?里根醫(yī)療中心的神經(jīng)外科醫(yī)生納德?波拉提安（Nader Pouratian）說：“根據(jù)我們目前正在測試的系統(tǒng)，你甚至不需要眼睛就能讓設備工作?！弊鳛榧又荽髮W洛杉磯分校這項試驗的主要研究者，他已經(jīng)為4名患者配備了這種設備。另有2名患者接受了來自德克薩斯州休斯頓貝勒醫(yī)學院的丹尼爾?約肖爾（Daniel Yoshor）博士的植入物。

當研究人員在手術后第一次啟動植入物時，他們需要一個接一個地測試60個電極，看看在病人開始看到光之前，每個電極需要接收多少電流。他們利用這些信息為每個病人定制了一個程序，這個過程要耗時數(shù)月。

現(xiàn)在，埃斯特海森和其他臨床試驗參與者在完全失明數(shù)年或數(shù)十年后，恢復了有限的視力。雖然他們看不見顏色、形狀或清晰的邊緣，還不能閱讀文本，但他們能夠區(qū)分明暗，能夠識別移動的物體，而且他們有一定程度的深度知覺。人和物體以光點的形式出現(xiàn)，與它們所在的位置相對應，當它們越靠近，就會出現(xiàn)更多的光點?！斑@就像學習一門新的語言，”埃斯特海森說，“你要學習如何解釋正在發(fā)生的事情?！?/p>

患者定期與加州大學洛杉磯分校和貝勒醫(yī)學院的視力研究人員見面，測試該設備并學習如何使用。在一個測試中，他們看著一個黑色的電腦屏幕，屏幕上有一個白色的方塊，這個方塊不連續(xù)地出現(xiàn)在屏幕不同的地方。大多數(shù)試驗中，他們可以準確地指出方塊。

患者感受到的不是自然的視覺，但是研究人員說，這種設備可以讓參與者完成他們以前無法完成的日常任務。他說：“這不是說這個系統(tǒng)幫助他們變得完全獨立，而是如果你什么都看不見，能看到一點點也是非常有價值的?！?/p>

埃斯特海森說，他覺得現(xiàn)在獨自出行比以前更安全了，因為他現(xiàn)在可以看到向他開過來的汽車?，F(xiàn)在，他可以整理衣物，甚至可以在家里找一些特定的物品。

“與神經(jīng)元相比，我們的電極要大得多，所以我們同時刺激很多神經(jīng)元，讓大腦獲得視覺，”第二視覺公司負責臨床和科學事務的副總裁杰西?多恩（Jessy Dorn）說，“我們的產(chǎn)品并不是作用于單個細胞。”

為了安全起見，埃斯特海森和其他病人接受的植入物只使用一個電極陣列來刺激左側(cè)大腦。因此，他們只能從右側(cè)視野中感知視覺。如果這個陣列被證明是安全的，那么第二視力計劃在大腦的兩側(cè)各植入一個。多恩表示，該公司還在研究改進技術的方法，以提高患者的分辨率和視野范圍。

公司希望將植入電極的數(shù)量增加到150～200個，并正在改進它的攝像頭和視頻處理器，可能會有熱成像視覺、人臉和物體識別功能。

研究人員還試圖通過研究如何更好地模仿神經(jīng)元群的放電來實現(xiàn)更自然的視覺。刺激大腦產(chǎn)生視覺感知，這個想法是眾所周知的，但是我們使視覺感知最為逼真，科學家還不太知道如何做到。

明尼阿波利斯市視網(wǎng)膜中心主任、美國眼科學會臨床發(fā)言人阿比什?巴夫薩爾（Abdhish Bhavsar）博士表示，還需要進行更多的腦成像研究，為患者提供更大范圍的有用視覺。他說：“要理解刺激大腦在視覺方面的作用，我們還有很長的路要走。如果我們開發(fā)出一幅大腦地圖，顯示出具體是什么部位產(chǎn)生了什么類型的圖像或視覺感知，那么我們就可以據(jù)此制作出更優(yōu)化的電極陣列?！?/p>

俄里翁的另一個不足之處是，它只對那些天生有視力，后天失明的人有用。天生失明的人，大腦中負責視覺的部分沒有完全發(fā)育，視覺信息不能有效地傳遞到大腦。那么，那種可以幫助所有盲人的設備還有很長的路要走。

如果FDA最終批準俄里翁上市，也不是所有患者都愿意接受腦部手術。該設備可能也很昂貴。阿耳格斯II視網(wǎng)膜植入物的收費約為15萬美元，盡管它在美國許多州可以通過醫(yī)保報銷。

埃斯特海森對盲人和視障人士輔助技術的未來充滿希望。他說：“目前這只是一小步。但我認為，這項技術最終將改變數(shù)百萬人的生活。”