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视网膜植入物可以给盲人一种人工视觉

2021-03-06科学

赴美医疗服务机构和生元国际了解到,让盲人重见光明听起来像是奇迹,甚至是科幻小说。这一直是科学家面临的最大挑战之一。迭戈·盖齐(Diego Ghezzi)是EPFL工程学院神经工程(LNE) Medtronic Chair的负责人,他把这个问题作为研究重点。

自2015年以来,他和他的团队一直在开发一种视网膜植入物,可以与配备摄像头的智能眼镜和微型电脑一起工作。

我们的系统旨在通过电极刺激盲人的视网膜细胞,让盲人拥有一种人工视觉。」

Diego Ghezzi,瑞士洛桑联邦理工学院工程学院神经工程主任

星光灿烂的天空

嵌入智能眼镜的摄像头在佩戴者的视野中捕捉图像,并将数据发送到放置在眼镜一端的微型计算机。微型计算机把数据转换成光信号,然后传送到视网膜植入物中的电极上。

然后电极以这样一种方式刺激视网膜,佩戴者可以看到简化的黑白图像。这个简化版是由视网膜细胞受到刺激时出现的光点组成的。然而,佩戴者必须学会解释许多光点,以便辨别形状和物体。「这就像当你在夜空中看星星时,你可以学习识别特定的星座。盲人病人也能从我们的系统中看到类似的东西。

目前正在运行模拟

唯一的问题是该系统尚未在人体上进行测试。研究小组首先需要确定他们的结果。「由于获得医疗批准需要很长时间,我们还没有获得将该设备植入人类患者的授权。但是我们想出了一个虚拟测试的方法——一种变通方法。」盖齐说。更具体地说,工程师们开发了一个虚拟现实程序,可以模拟病人在植入物中看到的情况。他们的发现刚刚发表在【通讯材料】上。

视野和分辨率

测量视觉有两个参数:视野和分辨率。因此,工程师们使用这两个相同的参数来评估他们的系统。他们开发的视网膜植入物包含10500个电极,每个电极产生一个光点。「我们不确定这是电极太多还是不够。我们必须找到正确的数字,这样复制的图像就不会变得很难辨认。这些点之间必须有足够的距离,以便患者能够区分相邻的两个点,但也必须有足够的距离,以提供足够的图像分辨率。

工程师们还必须确保每个电极都能可靠地产生一个光点。盖齐解释说:「我们想要确保两个电极不会刺激视网膜的同一部分。所以我们进行了电生理测试,包括记录视网膜神经节细胞的活动。结果证实,每个电极确实激活了视网膜的不同部分。」

下一步是检查10500个光点是否提供足够好的分辨率——这就是虚拟现实程序的作用所在。「我们的模拟表明,所选择的点的数量,因此电极,工作良好。从定义上来说,使用更多的药物不会给患者带来任何真正的好处,」盖齐说。

工程师们还在恒定分辨率但不同视场角度的情况下进行了测试。「我们从5度开始,一直扩大到45度。我们发现饱和点是35度——超过这个点,物体仍然稳定,」盖齐说。所有这些实验表明,该系统的能力不需要进一步提高,可以进行临床试验。但是,在他们的技术能够植入到真正的病人身上之前,研究小组还需要再等一段时间。目前,恢复视力仍然是科幻小说的领域。