芝加哥大学医学院从美国国立卫生研究院(NIH)获得了240万美元为期五年的资助,旨在开发一种无线大脑植入系统,用于恢复失明者的部分视力。
该项目的目标是创建一个系统,将来自相机的输入转换为电刺激,在大脑中产生有用的视觉感知。这项技术不能完全恢复自然视力,但能够大大提高由于损伤或疾病而失去视力的患者生活质量。
“我们希望创建一个稳定的、可用的界面,在这个界面中,我们对大脑进行刺激以诱导视觉感知。”伊利诺伊理工学院(IIT)生物医学工程教授、该项目首席研究员Philip Troyk博士说:“下一阶段的成功标志将是受试者能够使用便携设备来显著提高生活质量。”
Troyk是芝加哥大学神经外科学一名研究助理,于1996年获得100万美元的拨款,用于开发早期视觉假体。几个月后,NIH取消了对于人类的研究计划。但Troyk和他的合作者,芝加哥大学神经学教授Vernon(Leo)Towle博士一道,继续与其他研究人员进行相关项目。
V. Leo Towle博士
现在,Towle已经组建了一个来自芝加哥大学的多学科团队,包括神经外科、精神病学、眼科、神经生理学、Grossman神经科学研究所、定量生物学和人类行为专家,为这项获得NIH支持的最新项目而努力。他们加入其它6家通过IIT授予分包合同的机构,作为由白宫BRAIN计划(通过推进创新神经技术进行大脑研究)资助的1180万美元大型项目的一部分。
新项目将包括两个阶段:一个为期2年的“临床前”阶段,用于技术开发,接着是一个为期3年的临床阶段,用于对人类受试者进行系统测试。大学的神经科学家和外科医生将在临床前阶段开发和完善外科手术,然后在临床阶段将设备进行手术植入。
恢复视力也称为脑机接口。从20世纪60年代开始,在芝加哥大学和麻省理工学院的会议上,科学家们就一直梦想着将电子产品直接连接到大脑以恢复视力的方法。从20世纪70年代开始,NIH开始资助各种项目,以了解这些系统的基本生物学和神经科学。
无线浮动微电极阵列被植入到大脑视觉皮层每侧的多达600个位点,并将视觉数据传输到大脑
从前在尝试建立神经 - 视觉接口时会使用电路板和电线,需要将受试者与庞大或固定的设备相连接。而新项目推荐的系统围绕着被称为无线浮动微电极阵列的微小设备。该设备形为直径约5毫米的盘,由陶瓷基片上的计算机芯片组成,被用于无线通信的线圈所包围,具有16个比人类头发宽度还小的电极针。
电极将被植入到大脑视觉皮层每侧多达600个位点上,位于头部后部附近。最初,该系统将仅适用于出生时具有视力但因损伤或疾病而失明的人,因为该类患者具有发展完全的、用于处理图像的视觉皮质。受试者将佩戴着配备有手机相机的眼镜,手机相机会连接至口袋中的小型计算机。计算机会将来自照相机的图像转换成电脉冲,通过佩戴在头带中的设备传入至大脑植入物。
电脉冲将刺激视觉皮层,并在受试者的正常视野中产生称为光幻视的单个光点。对于这些光幻视出现的位置的感知在个体和个体之间是不同的,因此研究人员需要执行严格的测试以将每个刺激映射到其产生的视觉位置,并设计软件算法以将这些信号汇编为对每个受试者有用的视觉信息。
所得到的图像会形成物体的轮廓,受试者可以使用该轮廓来识别物体。这些图像应该类似于经典的Lite Brite玩具——你在一张纸上打孔,以显示光线照射时的图案。
这些设备能够永久使用。不仅如此,研究团队计划在研究结束后依然对受试者进行支持,因为即使是最小的视力改善也可以产生巨大的现实影响与情感影响。
“凭借我们的现有技术使视力恢复程度达到模仿生物视觉,我们认为不可能。我只能说,在这个阶段,我们在尽力使一个完全失明的人成为一个法定盲人”,Troyk说,“但即便只是一点点的视觉信息,这些信息将如何显著提高那些现在没有视力的人的生活质量,我们对此不应低估。”