电极植入大脑让盲人重获光明

编译 瞿立建

杰森 • 埃斯特海森（Jason Esterhuizen）在一场车祸中双目失明，大脑植入电极后，恢复部分视力，正练习定位物体和行走

埃斯特海森曾是个很有活力的年轻人，热衷自驾和开摩托，还会开飞机。这一切在他23岁的时候与他无缘了。他遭遇了一场车祸，双目失明。生活在一瞬间跌入谷底，令他绝望透顶。

埃斯特海森接受了行动训练，学会了如何阅读盲文，使用残疾人辅助设备，利用电脑工作。2013年，他在电视上一则新闻片段里了解到，一家公司开发了一种大脑植入物，可以为盲人创造人工视觉。这家公司就是位于加州锡尔马的第二视力公司（Second Sight），当时刚刚在美国获批上市一种视网膜植入产品，阿耳格斯II（Argus II，Argus 是希腊神话中的百眼巨人）视网膜假体，该产品旨在帮助因一种罕见的遗传性疾病——色素性视网膜炎而失明的患者。埃斯特海森与之失之交臂。

2018年，第二视力公司又开发出一种大脑植入物，这款新产品名为“俄里翁”（Orion，希腊神话人物，他被人害得双目失明，太阳神阿波罗使他恢复了视力），现在正在进行小型临床试验，埃斯特海森是6位盲人受试者之一。俄里翁用于为那些因多种原因失明的人提供人工视力，包括青光眼、糖尿病视网膜病变、视神经损伤等疾病导致的眼睛损伤。如果这种方法有效并被证明是安全的，那么它和其他大脑植入物有望帮助更多的盲人。

埃斯特海森在2018年初得知他成为该试验的受试者，他和他的妻子就离开了他们生活的南非，搬到了洛杉矶，参加这项研究。他说，这个装置将会让他七年多来第一次亲眼看到为自己过生日的蜡烛。

从外表看，俄里翁看起来就像一副太阳镜，附带一个小摄像头和视频处理器。然而，在大脑中植入的是一个邮票大小的芯片，包含60个电极，位于大脑处理视觉信息的视觉皮层。当设备被打开时，摄像机捕捉到人周围的环境，无线视频处理器使用一种算法将这些图像转换成电脉冲，再传输到植入大脑的电极上，电极使大脑感受到视觉。

俄里翁通过大脑植入发挥功效，有别于阿耳格斯II和市场上其他所谓的“仿生眼”。这些设备不需要进行脑部手术，而是把电极植入到眼睛后面。阿耳格斯II和其他“仿生眼”要求用户的眼睛里要有一些功能正常的细胞，这就是为什么视网膜植入物目前只被批准用于视网膜色素变性患者的原因。在340万鉴定了失明或视力受损的美国人中，视网膜色素变性患者只占一小部分。

色素性视网膜炎会使感光细胞逐渐死亡，进而导致视力下降。但是直接与大脑对话的眼睛细胞神经节却完好无损。视网膜植入物，如阿耳格斯II、法国的Pixium Vision公司和德国的Retina Implant公司制造的视网膜植入物，就是刺激这些细胞，沿着视神经将视觉信息传递到大脑。全世界大约有350名视网膜色素变性患者使用阿耳格斯II设备。

俄里翁系统外在看起来像太阳镜，需要在大脑植入电极，使用者获得视觉甚至不再需要用到眼睛

但是，与阿耳格斯II共享大部分技术的俄里翁完全绕过了眼睛和视神经。加州大学洛杉矶分校罗纳德•里根医疗中心的神经外科医生纳德•波拉提安（Nader Pouratian）说：“根据我们目前正在测试的系统，你甚至不需要眼睛就能让设备工作。”作为加州大学洛杉矶分校这项试验的主要研究者，他已经为4名患者配备了这种设备。另有2名患者接受了来自德克萨斯州休斯顿贝勒医学院的丹尼尔•约肖尔（Daniel Yoshor）博士的植入物。

当研究人员在手术后第一次启动植入物时，他们需要一个接一个地测试60个电极，看看在病人开始看到光之前，每个电极需要接收多少电流。他们利用这些信息为每个病人定制了一个程序，这个过程要耗时数月。

现在，埃斯特海森和其他临床试验参与者在完全失明数年或数十年后，恢复了有限的视力。虽然他们看不见颜色、形状或清晰的边缘，还不能阅读文本，但他们能够区分明暗，能够识别移动的物体，而且他们有一定程度的深度知觉。人和物体以光点的形式出现，与它们所在的位置相对应，当它们越靠近，就会出现更多的光点。“这就像学习一门新的语言，”埃斯特海森说，“你要学习如何解释正在发生的事情。”

患者定期与加州大学洛杉矶分校和贝勒医学院的视力研究人员见面，测试该设备并学习如何使用。在一个测试中，他们看着一个黑色的电脑屏幕，屏幕上有一个白色的方块，这个方块不连续地出现在屏幕不同的地方。大多数试验中，他们可以准确地指出方块。

患者感受到的不是自然的视觉，但是研究人员说，这种设备可以让参与者完成他们以前无法完成的日常任务。他说：“这不是说这个系统帮助他们变得完全独立，而是如果你什么都看不见，能看到一点点也是非常有价值的。”

埃斯特海森说，他觉得现在独自出行比以前更安全了，因为他现在可以看到向他开过来的汽车。现在，他可以整理衣物，甚至可以在家里找一些特定的物品。

“与神经元相比，我们的电极要大得多，所以我们同时刺激很多神经元，让大脑获得视觉，”第二视觉公司负责临床和科学事务的副总裁杰西•多恩（Jessy Dorn）说，“我们的产品并不是作用于单个细胞。”

为了安全起见，埃斯特海森和其他病人接受的植入物只使用一个电极阵列来刺激左侧大脑。因此，他们只能从右侧视野中感知视觉。如果这个阵列被证明是安全的，那么第二视力计划在大脑的两侧各植入一个。多恩表示，该公司还在研究改进技术的方法，以提高患者的分辨率和视野范围。

公司希望将植入电极的数量增加到150～200个，并正在改进它的摄像头和视频处理器，可能会有热成像视觉、人脸和物体识别功能。

研究人员还试图通过研究如何更好地模仿神经元群的放电来实现更自然的视觉。刺激大脑产生视觉感知，这个想法是众所周知的，但是我们使视觉感知最为逼真，科学家还不太知道如何做到。

明尼阿波利斯市视网膜中心主任、美国眼科学会临床发言人阿比什•巴夫萨尔（Abdhish Bhavsar）博士表示，还需要进行更多的脑成像研究，为患者提供更大范围的有用视觉。他说：“要理解刺激大脑在视觉方面的作用，我们还有很长的路要走。如果我们开发出一幅大脑地图，显示出具体是什么部位产生了什么类型的图像或视觉感知，那么我们就可以据此制作出更优化的电极阵列。”

俄里翁的另一个不足之处是，它只对那些天生有视力，后天失明的人有用。天生失明的人，大脑中负责视觉的部分没有完全发育，视觉信息不能有效地传递到大脑。那么，那种可以帮助所有盲人的设备还有很长的路要走。

如果FDA最终批准俄里翁上市，也不是所有患者都愿意接受脑部手术。该设备可能也很昂贵。阿耳格斯II视网膜植入物的收费约为15万美元，尽管它在美国许多州可以通过医保报销。

埃斯特海森对盲人和视障人士辅助技术的未来充满希望。他说：“目前这只是一小步。但我认为，这项技术最终将改变数百万人的生活。”