北京時(shí)間2月7日消息，伯恩娜迪塔·戈麥斯（Bernardeta Gómez）一邊用手指著面前白板上的一條黑線，一邊操著西班牙當(dāng)?shù)乜谝粽f(shuō)，“Allí”（西班牙語(yǔ)“那里”）。
對(duì)于一名57歲的女性來(lái)說(shuō)，能看到這樣一條畫在白板上的黑線，真沒(méi)有什么值得炫耀的。但對(duì)于失明16年的戈麥斯來(lái)說(shuō)，這卻是了不起的。42歲時(shí)，視神經(jīng)病變破壞了連接戈麥斯眼睛和大腦的神經(jīng)，她也因此完全失明，甚至感受不到一點(diǎn)光線。
▲戈麥斯大腦的電信號(hào)，每個(gè)格子代表一個(gè)電極，格子中彎彎曲曲的線條，顯示的是來(lái)自神經(jīng)元的信號(hào)
16年后，戈麥斯獲得了一個(gè)機(jī)會(huì)，可以有6個(gè)月時(shí)間模模糊糊地看到周圍的世界，雖然她看到的只不過(guò)是黃白色的點(diǎn)和圖案。
讓戈麥斯重見(jiàn)光明的是一副裝備有微型相機(jī)的眼鏡，視頻經(jīng)過(guò)一臺(tái)計(jì)算機(jī)處理后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。房頂上垂下的一根電纜，把信號(hào)經(jīng)由植入顱骨中的一個(gè)端口，傳導(dǎo)給植入在戈麥斯視覺(jué)皮質(zhì)中的100根電極。
▲佩戴著裝備有相機(jī)的眼鏡的戈麥斯
借助這一系統(tǒng)，戈麥斯能看到吸頂燈、人和印在紙上的字母、基本圖形，她甚至能玩一款簡(jiǎn)單的《吃豆人》類游戲。
戈麥斯在2018年底首次重見(jiàn)光明，這是位于西班牙埃爾切的米格爾·埃爾南德斯大學(xué)神經(jīng)工程系主任愛(ài)德華多·費(fèi)爾南德斯（Eduardo Fernandez）數(shù)十年研究的成果。
費(fèi)爾南德斯為自己定下了一個(gè)目標(biāo)：讓全球盡可能多的失明患者恢復(fù)視力。資料顯示，全球失明患者達(dá)到3600萬(wàn)。費(fèi)爾南德斯的方法令人興奮，因?yàn)樗@過(guò)了眼睛和視神經(jīng)。
在使失明患者重見(jiàn)光明的早期研究中，大多數(shù)都嘗試通過(guò)人工眼睛或視網(wǎng)膜，幫助他們恢復(fù)視力。這些研究也獲得了一定成功。
但以戈麥斯為代表的絕大多數(shù)失明患者，都是連接視網(wǎng)膜和視覺(jué)皮質(zhì)的神經(jīng)受到損害，人造眼睛不足以讓他們重見(jiàn)光明。這也是2015年Second Sight放棄20年的努力，將研究重點(diǎn)由視網(wǎng)膜轉(zhuǎn)向視覺(jué)皮質(zhì)的原因。
Second Sight于2011、2013年獲得批準(zhǔn)，在歐洲和美國(guó)銷售一款人造視網(wǎng)膜。Second Sight稱，逾350人在使用其Argus II人造視網(wǎng)膜。
在我（指原文作者魯斯·賈斯卡蓮（Russ Juskalian））最近一次造訪埃爾切時(shí)，費(fèi)爾南德斯告訴我，植入技術(shù)的進(jìn)展，對(duì)人類視覺(jué)系統(tǒng)更精確的理解，使他獲得了直接通過(guò)對(duì)大腦進(jìn)行操作，讓盲人重見(jiàn)光明的信心，“在神經(jīng)系統(tǒng)中的信息，與在電子設(shè)備中的信息沒(méi)什么兩樣”。
通過(guò)直接向大腦傳輸信號(hào)讓失明患者重見(jiàn)光明聽(tīng)起來(lái)確實(shí)大膽，但數(shù)十年來(lái)，主流醫(yī)療設(shè)備一直都在利用其基本原理。費(fèi)爾南德斯解釋說(shuō)，“現(xiàn)在，大量電子設(shè)備都與人體交互，起搏器就是其中之一，傳感器系統(tǒng)方面的一個(gè)代表是人工耳蝸。”
▲為戈麥斯植入人工視覺(jué)系統(tǒng)的費(fèi)爾南德斯
人工耳蝸主要由兩部分組成：處理系統(tǒng)對(duì)外部麥克風(fēng)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行處理，并將數(shù)字信號(hào)傳輸給內(nèi)耳中的植入體，植入體的電極把電流傳輸給附近的神經(jīng)，大腦對(duì)神經(jīng)傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理，聽(tīng)覺(jué)障礙患者就能聽(tīng)到聲音了。
人工耳蝸首次用來(lái)幫助聽(tīng)覺(jué)障礙患者聽(tīng)到聲音是1961年，目前全球有逾五十萬(wàn)人在使用人工耳蝸。
費(fèi)爾南德斯說(shuō)，“戈麥斯是我們的第一位患者，但未來(lái)數(shù)年，我們將為5名失明患者植入這一系統(tǒng)。我們?cè)趧?dòng)物中進(jìn)行了類似實(shí)驗(yàn)，貓或猴子不能告訴我們它們看到了什么?！?/p>
但戈麥斯能。
作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，戈麥斯需要極大勇氣。她需要通過(guò)腦部手術(shù)植入電極，半年后再取出來(lái)（因?yàn)檫@一技術(shù)尚未得到監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)），萬(wàn)一出點(diǎn)問(wèn)題，她就可能受到更大傷害。
痙攣和光幻視
戈麥斯是幸運(yùn)的。在她之前，類似實(shí)驗(yàn)還是很曲折的。
早在1929年，一位名為奧特弗里德·弗里斯特（Otfrid Foerster）的德國(guó)神經(jīng)科醫(yī)生，在一次手術(shù)期間發(fā)現(xiàn)，在患者視覺(jué)皮質(zhì)中插入一根電極，患者會(huì)看到一個(gè)白點(diǎn)。
此后，科學(xué)家和科幻作者腦洞大開(kāi)，設(shè)想出各種人造視覺(jué)系統(tǒng)：信號(hào)傳播路線為相機(jī)-計(jì)算機(jī)-大腦。部分研究人員甚至開(kāi)發(fā)出初步的系統(tǒng)。
2000年代初期，這一假設(shè)成為現(xiàn)實(shí)，一位名為威廉·多貝利（William Dobelle）的生物醫(yī)學(xué)研究人員，在一名自愿接受試驗(yàn)的患者頭部安裝了人工視覺(jué)系統(tǒng)。
令人遺憾的是，在多貝利開(kāi)啟系統(tǒng)不久后，患者發(fā)生痙攣并倒在地上。事后查明的原因是，電流過(guò)高，對(duì)大腦的刺激過(guò)強(qiáng)，超出了正常范圍。這名患者也受到感染。
但多貝利聲稱其系統(tǒng)已接近可以日常使用的水平，并發(fā)布了一段視頻，內(nèi)容為一名失明患者在一個(gè)封閉的停車場(chǎng)內(nèi)駕駛著車輛慢慢行駛。多貝利2004年過(guò)世，他的人工視覺(jué)系統(tǒng)也煙消云散。
與多貝利相比，費(fèi)爾南德斯要保守得多，他幾乎總是說(shuō)，“我們希望開(kāi)發(fā)出可以供人使用的人工視覺(jué)系統(tǒng)，但目前我們只是在進(jìn)行早期試驗(yàn)?！?/p>
但戈麥斯的確曾重見(jiàn)光明。
釘床
如果說(shuō)戈麥斯能恢復(fù)視力背后的原理——將相機(jī)產(chǎn)生的視頻信號(hào)傳輸給大腦——相當(dāng)簡(jiǎn)單，但細(xì)節(jié)要復(fù)雜得多。
費(fèi)爾南德斯及其團(tuán)隊(duì)首先需要解決相機(jī)問(wèn)題，其中一個(gè)首要問(wèn)題是，人類視網(wǎng)膜會(huì)生成什么樣的信號(hào)？為搞清楚這一問(wèn)題，費(fèi)爾南德斯從剛剛死去的人眼睛中取出視網(wǎng)膜，把視網(wǎng)膜與電極相連，并暴露在光線下，了解電極的信號(hào)。
他的團(tuán)隊(duì)還利用人工智能技術(shù)，將視網(wǎng)膜輸出的電信號(hào)與簡(jiǎn)單的視覺(jué)輸入匹配。這有助于他們編寫軟件，自動(dòng)模擬這一過(guò)程。
實(shí)驗(yàn)的下一步，是將電信號(hào)傳輸給大腦。在費(fèi)爾南德斯為戈麥斯研制的人工視覺(jué)系統(tǒng)中，一根電纜與多通道神經(jīng)電極（尺寸略小于AAA電池凸起的正極）相連。
多通道神經(jīng)電極上有100個(gè)微型電極——每個(gè)長(zhǎng)約1毫米，它們看起來(lái)就像是一個(gè)微型的釘床。每個(gè)電極可以向1-4個(gè)神經(jīng)元傳輸電流。在患者頭部植入多通道神經(jīng)電極時(shí)，電極會(huì)穿過(guò)大腦表面。
▲多通道神經(jīng)電極有100個(gè)微型電極，看起來(lái)就像是一個(gè)微型釘子床
費(fèi)爾南德斯必須一個(gè)電極一個(gè)電極地校準(zhǔn)，逐步加大電流，直到戈麥斯產(chǎn)生光幻視。光幻視是指視網(wǎng)膜在受到機(jī)械刺激、電刺激等不恰當(dāng)刺激時(shí)，瞬時(shí)產(chǎn)生的好像看到光線的感覺(jué)。費(fèi)爾南德斯花了1個(gè)多月時(shí)間才完成全部100個(gè)電極的校準(zhǔn)。
費(fèi)爾南德斯說(shuō)，“我們技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，多通道神經(jīng)電極的電極穿進(jìn)大腦，距離神經(jīng)遠(yuǎn)很近”，這使得只需遠(yuǎn)低于多貝利系統(tǒng)的電流，人工視覺(jué)系統(tǒng)就能產(chǎn)生視覺(jué)，大大降低了患者發(fā)生痙攣的風(fēng)險(xiǎn)。
這一人工視覺(jué)系統(tǒng)的一大不足，以及戈麥斯試驗(yàn)期限不能超過(guò)6個(gè)月的主要原因，是沒(méi)有人知道電極的正常使用壽命。費(fèi)爾南德斯說(shuō)，“人體免疫系統(tǒng)會(huì)開(kāi)始攻擊電極，在電極周圍產(chǎn)生瘢痕組織——會(huì)削弱信號(hào)?！?/p>
電極彎曲也是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。根據(jù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及戈麥斯試用的多通道神經(jīng)電極判斷，他認(rèn)為當(dāng)前的系統(tǒng)可以正常使用2-3年，甚至長(zhǎng)達(dá)10年。
費(fèi)爾南德斯希望，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后多通道神經(jīng)電極使用壽命可以延長(zhǎng)到數(shù)十年。對(duì)于要求通過(guò)腦部手術(shù)才能使用的醫(yī)療設(shè)備來(lái)說(shuō)，使用壽命是重要的先決條件。
最終，像人工耳蝸一樣，人工視覺(jué)系統(tǒng)要真正普及，就需要通過(guò)無(wú)線方式向電極傳輸信號(hào)和電能。但目前，費(fèi)爾南德斯的系統(tǒng)還需要使用有線連接，未來(lái)還需要許多次迭代才可能最終定型。
如果分辨率為10 X 10像素——戈麥斯試用的系統(tǒng)的最大分辨率，人可能感受到基本的形狀，例如字母、門框和人行道，但對(duì)于感受臉部輪廓來(lái)說(shuō)，這樣的分辨率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，更不用說(shuō)人了。這也是費(fèi)爾南德斯為其系統(tǒng)配備圖形識(shí)別軟件的原因，圖形識(shí)別軟件的助力，使戈麥斯能在房間內(nèi)看到人。
費(fèi)爾南德斯在一個(gè)PPT中寫道，分辨率達(dá)到25 X 25像素后，患者恢復(fù)“視力是可能的”。他說(shuō)，由于當(dāng)前的多通道神經(jīng)電極尺寸非常小，而且只需要很少的電流，在大腦每側(cè)安裝4-6個(gè)不存在技術(shù)障礙，這樣就可以提供60 X 60像素，甚至更高的分辨率。但一個(gè)問(wèn)題是，目前還沒(méi)有搞清楚大腦可以從多通道神經(jīng)電極接受多少信號(hào)，而不致于過(guò)載。
使用人工視覺(jué)系統(tǒng)啥感覺(jué)
▲費(fèi)爾南德斯和他指導(dǎo)的研究生，將一款原型相機(jī)與計(jì)算機(jī)相連
戈麥斯表示，如果可能的話，她會(huì)一直使用費(fèi)爾南德斯的人工視覺(jué)系統(tǒng)。有新的版本出來(lái)后，她將首先申請(qǐng)?jiān)囉谩ＹM(fèi)爾南德斯完成分析后，戈麥斯計(jì)劃將她試用的多通道神經(jīng)電極掛在客廳墻上，留作紀(jì)念。
在費(fèi)爾南德斯的實(shí)驗(yàn)室，他給了我一個(gè)機(jī)會(huì)，試用他用來(lái)給患者做檢查的無(wú)創(chuàng)設(shè)備。
我坐在戈麥斯去年曾坐過(guò)的真皮椅子上，一名神經(jīng)科醫(yī)師手拿一根“魔杖”，兩個(gè)圓環(huán)貼在我頭部?jī)蓚?cè)。被稱作蝴蝶線圈的這一設(shè)備，連接到一個(gè)盒子，可以通過(guò)電磁脈沖刺激神經(jīng)元——這種現(xiàn)象被稱作經(jīng)顱磁刺激。
第一次刺激，讓我感覺(jué)到好像有人在敲頭皮，手指不由自主地完全曲起來(lái)。費(fèi)爾南德斯說(shuō)，“有反應(yīng)了，刺激的是你的運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)?，F(xiàn)在我們將嘗試讓你感到到光幻視?！?/p>
神經(jīng)科醫(yī)師調(diào)整了“魔杖”位置，并調(diào)高了脈沖頻率。當(dāng)她開(kāi)機(jī)后，我的感覺(jué)相當(dāng)強(qiáng)烈，好像有人把我的后腦門當(dāng)作門環(huán)。
雖然我睜著眼，但還是出現(xiàn)了幻視：一條明亮的水平線劃過(guò)我的視野的中心，以及兩個(gè)閃爍的三角形（內(nèi)部像沒(méi)有信號(hào)時(shí)電視屏幕上的雪花）。這些幻視可謂來(lái)也匆匆，去也匆匆，只停留了很短時(shí)間。
費(fèi)爾南德斯說(shuō)，“這跟戈麥斯的情況很相像?！蔽液透犒溗怪g的區(qū)別是，她看到的是外部世界，而我看到的只是由大腦受到電磁脈沖刺激產(chǎn)生的幻視。
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