“醫(yī)生們開啟芯片的一剎那,就像是在黑暗的房間里點(diǎn)燃了一根火柴。太不可思議了……”英國殘奧會(huì)主席、前殘奧會(huì)盲人游泳運(yùn)動(dòng)員蒂姆·雷迪什在接受視網(wǎng)膜芯片植入手術(shù)后說。
近日,山西被挖眼男孩小斌斌的命運(yùn)牽動(dòng)著許多人的心。香港知名眼科醫(yī)生林順潮表示,愿意資助小斌斌為他安裝仿真度極高的義眼,并提出,5年后,等技術(shù)成熟再為小斌斌安裝“人工電子眼”,幫助他恢復(fù)部分視力。
“人工電子眼”讓關(guān)心小斌斌未來的人們充滿了期待,同樣也讓因患眼疾而失眠的患者充滿了期待。那么,人工電子眼是否真的能給患者帶來光明呢?
“醫(yī)生們開啟芯片的一剎那,就像是在黑暗的房間里點(diǎn)燃了一根火柴。這太不可思議了……在術(shù)后的試驗(yàn)中,我能看到桌子上的物體,能看到亮光,大部分時(shí)間里,我還能看清時(shí)鐘。”這段話是英國殘奧會(huì)主席、前殘奧會(huì)盲人游泳運(yùn)動(dòng)員蒂姆·雷迪什(Tim Reddish),在接受視網(wǎng)膜芯片植入手術(shù)后所說。
眼睛長久以來被看做造物主的杰作,完美的光學(xué)成像系統(tǒng)與神奇的光電轉(zhuǎn)化能力相結(jié)合,是凡人無法模仿的。然而,近年來相繼出現(xiàn)的電子眼、人工視網(wǎng)膜等產(chǎn)品,給失明的患者帶來了希望。但是,電子眼真的能讓人們重見光明、恢復(fù)視力嗎?它是如何工作的呢?
你曾經(jīng)閉著眼看見過星星嗎?當(dāng)你蹲的太久突然起身;或者看書太投入,腦袋撞在了樹上,那你或許閉著眼睛也看見過星星,也就是“眼冒金星”的感覺。這說明,即使眼睛沒有在工作,也有可能有視覺。
為什么我們閉上眼睛也會(huì)有視覺呢?因?yàn)橐曈X歸根到底只是一種感覺,我思故我在,有沒有光亮,是大腦告訴我們的,而不是眼睛告訴我們的。眼睛負(fù)責(zé)把光線轉(zhuǎn)化成電流,視神經(jīng)就是那根長長的電線,把眼球產(chǎn)生的電信號傳遞到大腦專門負(fù)責(zé)視覺的區(qū)域,再把電信號翻譯成各種顏色和圖形。因此,理論上只要有正確的電流,走上正確的傳輸通路,就可以刺激大腦翻譯出我們想要的圖案。
上圖為視覺神經(jīng)系統(tǒng)的示意圖,主要由三個(gè)部分組成,眼球里的視網(wǎng)膜、球后視神經(jīng)、大腦視覺皮層。
目前的人工電子眼根據(jù)電流刺激部位的不同也分為三類:
一、放在眼球內(nèi)刺激視網(wǎng)膜的電子眼
視網(wǎng)膜類似相機(jī)的CCD,其上每一個(gè)細(xì)胞都代表一個(gè)象素點(diǎn)。將電極片放置在視網(wǎng)膜前,可以定位刺激不同的區(qū)域,產(chǎn)生圖像的視覺。當(dāng)然,這種圖像是模糊而粗略的,畢竟電極片上的電極點(diǎn)比視網(wǎng)膜上的細(xì)胞少得多。
二、刺激視神經(jīng)的電子眼
將電極插入視神經(jīng),通過對視神經(jīng)放電來產(chǎn)生電信號。這種電子眼可用于視網(wǎng)膜已嚴(yán)重破壞,無法將電極植入視網(wǎng)膜上的患者,同事避免了植入大腦皮層所帶來的顱內(nèi)感染等風(fēng)險(xiǎn),但植入過程本身也會(huì)對視神經(jīng)造成損傷。
三、直接刺激大腦視覺皮層的電子眼
將電極片置于腦皮層下,直接對視覺中樞放電,能使患者感受到閃光感,甚至是彩色的閃光感,但是難以呈現(xiàn)具體的圖像,更不可能恢復(fù)視力,且有顱內(nèi)感染的風(fēng)險(xiǎn)。
Second Sight(第二視覺)公司經(jīng)過20多年研究的ArgusⅡ視網(wǎng)膜假體系統(tǒng),終于在今年2月14日,經(jīng)美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn),作為首個(gè)人工視網(wǎng)膜用于治療。它是屬于前文所述的第一類產(chǎn)品,放在眼球內(nèi)刺激視網(wǎng)膜的裝置。
1998年,Robert Greenberg博士和Sam Williams一起創(chuàng)建了第二視覺公司。Sam自己就是一位色素性視網(wǎng)膜炎患者,對這一領(lǐng)域的公共研究喪失了信心,所以決定自己開發(fā)能投入商業(yè)化的人工視網(wǎng)膜設(shè)備。Sam于2009年去世,沒有來得及等到自己目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的那天,但是他的研究將會(huì)造福許多人。
2002年,在南加州大學(xué)多漢尼眼科研究所一項(xiàng)發(fā)明的激勵(lì)下,Argus I被開發(fā)出來,它有16個(gè)電極。在2002到2004年間,共進(jìn)行了6例試驗(yàn)性的植入手術(shù)。這些患者擁有了簡單的光感,能判斷物體的移動(dòng),能從背景里分辨出物體。 這是由于擁有越多的電極,就能分辨出越精細(xì)的圖像。
現(xiàn)在的Argus II有了60個(gè)電極。從2006年至今,它已經(jīng)讓40名患者重新獲得了基本的視力,其中一些人已經(jīng)能夠區(qū)分物體、形狀,甚至閱讀大字印刷的印刷品。雖然使用者需要經(jīng)過一定程度的訓(xùn)練,才會(huì)理解視野里的光點(diǎn)意味著什么,也就是需要練習(xí)把眼前的“星星”與以前見過的圖形相聯(lián)系。
Argus II不是治療失明的萬能方法,只是一個(gè)把光轉(zhuǎn)化成電的中轉(zhuǎn)站,它需要視網(wǎng)膜的其他神經(jīng)細(xì)胞是完好的,才能把電流定位傳輸?shù)酱竽X中去。
目前,這家公司已經(jīng)在美國申請了76項(xiàng)專利?,F(xiàn)在,他們已經(jīng)準(zhǔn)備好了Argus III的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。新一代的人工視網(wǎng)膜將會(huì)擁有數(shù)百個(gè)電極。雖然現(xiàn)在的Argus只能讓人們看到一些光點(diǎn),但是這些光點(diǎn)已經(jīng)顯現(xiàn)出了希望的光芒。
Argus是希臘神話中百眼巨人的名字。以它為名的人造視網(wǎng)膜系統(tǒng)由以下五部分組成:
1、視頻眼鏡:在鏡片中的兩臺(tái)數(shù)碼相機(jī),代替人眼獲取實(shí)時(shí)圖像。
2、視頻處理器:把相機(jī)獲得的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化成電磁信號,完成視網(wǎng)膜細(xì)胞光電轉(zhuǎn)化的工作。
3、發(fā)射器:把處理器編碼的電磁脈沖發(fā)射出去。
4、接收器,一般放在耳朵上面的頭部皮膚里,接收電磁信號后通過一條細(xì)線傳到視網(wǎng)膜上。
5、視網(wǎng)膜植入裝置:1毫米見方的電極片,上面有60個(gè)電極,按照處理器發(fā)出的指令依次放電,電信號刺激視網(wǎng)膜上殘存的正常細(xì)胞,將電信號通過視神經(jīng)傳到視覺中樞。
對于電子眼是否能恢復(fù)視力這個(gè)問題,答案已經(jīng)很明顯了——目前的電子眼只能產(chǎn)生模糊的圖像,甚至只有單純的光感。但是,隨著技術(shù)的進(jìn)步,將來辨認(rèn)視力表上E的方向,也是可以期待的。
對于先天失明的人來說,從未使用過視覺功能,大腦就沒有學(xué)會(huì)如何處理視覺信號。就像蝙蝠能發(fā)出超聲波定位,但即使在人身上安裝超聲波發(fā)射器,我們也無法用于定位,因?yàn)槲覀兊拇竽X不能處理超聲波信號。同理,先天失明者的大腦因?yàn)闆]有視覺經(jīng)驗(yàn),也無法處理視覺信號。因此,所有的電子眼都只適用于后天失明的患者。
第一類電子眼目前主要用于視網(wǎng)膜色素變性患者,這類患者以進(jìn)行性夜盲為起始癥狀,最終失明,但其視網(wǎng)膜的大部分神經(jīng)細(xì)胞都是完好的。第一類電子眼不能用于視網(wǎng)膜嚴(yán)重受損甚至缺失的患者。
對于被挖雙眼的男孩小斌斌來說,由于視網(wǎng)膜已經(jīng)不存在了,所以第一類電子眼是無法使用的。以目前的電子眼技術(shù),另外兩類電子眼也不可能讓其恢復(fù)視力,充其量只能引起視覺閃光感,或許能幫助其躲避大型障礙物。