高效视网膜假体有望让盲人视力真正恢复正常

    长期以来,人们一直在研究怎样让盲人复明。现有的视网膜假体只能让盲人看到一些斑点和物体的边缘轮廓,帮助辨别方向,离恢复正常视力还很遥远。最近,美国威尔·康乃尔医学院研究人员破译了视网膜与大脑通讯的神经编码,并把这种编码与一种视网膜假体系统结合,使失明小鼠的视力几乎恢复到正常水平。

    该医学院计算生物医学院生理与生物物理系教授希拉·内森博格说,将来有一天,盲人能选择戴一种就像《星际迷航》里的那种目镜,上面装有摄像机用于采集图像,通过计算机芯片将图像转换成大脑能“听懂”的编码,再由大脑将编码翻译成图像。

    实验中破译的是小鼠的视网膜通讯编码。但研究人员称,他们已经破译了猴子的编码,这和人类的编码是基本一致的,有望很快设计并实验一种盲人专用的设备。他们已通过康乃尔大学为这种视网膜假体系统申请了专利。美国《国家科学院学报》最近报道了这一突破性进展。

 

    视网膜病变:阻断视觉信息与大脑沟通

    当光线进入视网膜表面的感光细胞,正常视觉就会产生。视网膜线路会处理这些来自感光细胞的信号,把它们转化成神经脉冲编码。由视网膜上的输出细胞——神经节将这些脉冲送入大脑。大脑能理解这种神经脉冲编码,并将它们转译为有意义的图像。

    通常,失明是由于视网膜病变杀死了感光细胞,并破坏了相关神经线路,但一般在这些病变中,视网膜的输出细胞未被损害。目前临床上用的视网膜假体,大体原理都是靠驱动这些尚存活的细胞。比如在盲人眼内植入电极,用电流刺激神经节细胞。但这只能产生模糊的视觉图像。

    许多研究小组都在研究如何提高视网膜假体的性能。比如在患者眼中植入更多刺激器,希望更多刺激器能激活受损组织上更多的神经节细胞,以此提高视觉图像的质量。还有一种正在实验的方法,是用光敏蛋白替代刺激器来刺激细胞。这些蛋白通过基因疗法引入视网膜,当它们进入眼睛后,能立刻瞄准大量神经节细胞。

    除此之外,还有其他关键因素。内森博格指出:“刺激细胞是必要的,但还必须用正确的编码来刺激,这种编码就是视网膜与大脑通讯所用的编码。” 这也是研究人员所寻找的编码,并把它和最新的视网膜假体系统结合在了一起。

 

    发现大脑“语言”:神经脉冲编码

    内森博格解释说,任何图形的光线进入视网膜,都会被转化为一种通用编码,也就是一套转换公式,将光的形式转化为电脉冲的形式。“人们一直在寻找这种简单的刺激编码,它必须是普适性的,才能用于任何事物——人脸、景观以及眼睛能看到的任何事物。”

    研究这种编码还有更广泛用途,但最直接是用在视网膜假体中。内森博格和她的学生潘达利纳斯在一个“芯片”上嵌入了数学公式,称之为“编码器”,把它和一个微型投影仪结合。编码器能将进入眼睛的图像转化为脉冲电流,然后微型投影仪把电脉冲转化为光脉冲,这些光脉冲驱动神经节中的光敏蛋白,将编码传给大脑。

    这一整套方法已经在小鼠身上实验。研究人员制造了两个视网膜假体系统,一个带有编码而另一个没有。内森博格解释说:“系统的工作原理包含两方面:编码器,也就是一套公式,能模拟视网膜转化各种刺激的能力,包括自然场景,由此产生正常的电脉冲形式;然后由刺激器,也就是光敏蛋白将这些脉冲传送给大脑。”

    “结合编码后显出了惊人的效果,系统性能达到了接近正常水平。也就是说,系统输出中包含了足够的信息,大脑可以用这些信息来重新构建出人脸、动物,基本上我们所希望的任何东西的图像。”内森博格说。

    经过一系列严格实验,他们发现小鼠的失明视网膜产生的图案几乎能媲美正常视网膜。

 

    芯片+基因疗法=恢复视力

    “这是令人兴奋的时刻!我们让盲鼠的视网膜看到了图像。”内森博格说。她们正在尽快地将这一技术用于人类。“实验结果表明要制造出高效视网膜假体,关键在于视网膜通讯编码和高分辨率的刺激方法,目前这两方面都已在很大程度上准备就绪。”

    这也是第一个可能带来正常或接近正常视力的视网膜假体,其中的编码极为精确,甚至能让使用者辨别面部特征,跟踪移动的图形。

    研究人员指出,该研究为全世界2500万因视网膜病变而失明的盲人带来了希望。药物疗法只能帮助一小部分人,新的假体设备提供了恢复正常视力的编码。从未来的治疗目标来看,视网膜假体设备是最好的选择。

    但新假体还需要经过人体临床实验,尤其是基因疗法部分的安全性实验,通过基因疗法向视网膜中导入光敏蛋白。但内森博格预测,实验将会是安全的,因为在其他视网膜病变案例中,已有类似的基因介质疗法取得了成功。(记者 常丽君 综合外电)

 

   来源:《科技日报》(2012-08-25 第二版)

中国科技网  http://www.stdaily.com/stdaily/content/2012-08/25/content_511177.htm

 

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