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西班牙莫兰眼科中心的研究人员成功测试了盲人的人工视力

伯纳·戈麦斯戴着她用来成功测试莫兰·科尔蒂维斯视觉假体的眼镜,由约翰一. 莫兰眼科中心研究员理查德·“迪克”·诺曼博士发明了人工视觉.
伯纳·戈麦斯戴着她用来成功测试莫兰·科尔蒂维斯视觉假体的眼镜,由约翰一. 莫兰眼科中心的研究员理查德·“迪克”·诺曼博士发明了人工视觉. (资料来源:约翰. 莫兰眼科中心/犹他大学)

编者按: 本文基于2020年的采访,首次发表于莫兰的《大发娱乐》年度报告.

埃尔切, 西班牙——58岁, 伯纳·戈麦斯在过去的16年里完全失明.

在她的职业生涯戛然而止之前,她没能最后看一眼她作为老师工作了十多年的学校. 她没有看到她的两个儿子的脸随着他们长大成人而变化和成熟. 每天散步时,她无法欣赏到瓦伦西亚山麓的橘子树,也无法直视丈夫的眼睛.

但在2018年末, 在大学的研究实验室里, 一条单条——一条由白光构成的白线——出现在她脑海里的午夜画布上. 在安静中, 一间不起眼的房间里坐满了科学家,他们用植入戈麦斯大脑的微型微电极阵列创造了这幅图像, 她喊着说, “我能看到一些东西!"

在她的敬畏之下,是一种共同经历的喜悦. The scientists could see a line drawn on a poster board in the lab; now, she could see one, too.

戈麦斯成功地测试了 莫兰| Cortivis假肢,由约翰一. 莫兰眼科中心和犹他大学生物医学工程研究员 理查德·“迪克”·诺曼博士第一次创造了人工视觉. Profoundly blind users without any 愿景 wear eyeglasses equipped with a miniature video camera; specialized software encodes the visual data and sends it to the implanted microelectrode array to create images in the visual cortex.

而一个国际研究团队合作推动科学向前发展, 它的进步取决于像戈麦斯这样的人的勇气.

理查德·“迪克”·诺曼博士

“这个假肢可以给盲人更多的行动能力. 它可以让他们很容易地识别一个人、门口或汽车. 它可以增加独立性和安全性. 这就是大发娱乐正在努力的方向."

理查德·“迪克”·诺曼博士

合作创造人工视觉

在西班牙米格尔·埃尔南德斯大学埃尔切校区, 爱德华多·费尔南德斯,医学博士, 管理着一个由20名科学家组成的生物工程实验室,他们与埃尔奇医院密切合作,从事各种项目,其中包括人工视觉.

在他的办公室和实验室的电脑屏幕上,都是他在莫兰的合作者和导师的照片, 生物工程师诺曼和视网膜神经回路专家海尔加·科尔布, 博士学位. 和一组神经学家一起工作, 心理学家, 工程师, 医生, 和外科医生, 费尔南德斯和诺曼现在正在进行几十年的研究,以制造假体.

对费尔南德斯, 这项工作是他大发娱乐病人的人生梦想的一部分, 20世纪90年代,他在莫兰大学完成了博士后工作.

爱德华多·费尔南德斯,医学博士, 管理着一个由20名科学家组成的生物工程实验室,从事各种项目, 包括人工视觉, 埃尔切的米格尔·埃尔南德斯大学, 西班牙.
爱德华多·费尔南德斯,医学博士, 管理着一个由20名科学家组成的生物工程实验室,从事各种项目, 包括人工视觉, 埃尔切的米格尔·埃尔南德斯大学, 西班牙. (资料来源:约翰. 莫兰眼科中心/犹他大学)

“在那段时间里,我去听了迪克关于人工视觉的演讲,”费尔南德斯说 莫兰兼职研究教授. “对我来说,这真的很神奇. 我有生以来第一次听说人们在研究人工视觉. 那是30年前的事了,从那以后迪克和我就一直在合作."

费尔南德斯与戈麦斯相识于2007年, 在他进行的研究中使用了经颅磁刺激. 在那个研究中, 诺曼和费尔南德斯在她的头皮上放置了一个电磁线圈,刺激视觉皮层的神经元产生光幻视, 或者是明眼人和盲人都能感知到的白色闪光. 戈麦斯特别擅长描述光幻视, 尽管他们只出现了一瞬间.

伯纳·戈麦斯在爱德华多·费尔南德斯的实验室里测试莫兰·科尔蒂维斯视觉假体, MD, 博士学位, 米格尔·埃尔南德斯大学教授.
伯纳·戈麦斯在爱德华多·费尔南德斯的实验室里测试莫兰·科尔蒂维斯视觉假体, MD, 博士学位, 米格尔·埃尔南德斯大学教授.

几年后,费尔南德斯联系戈麦斯测试视觉假体. 的努力, 他告诉她, 会涉及脑部手术和几个月的高强度实验,这需要她暂时从瓦伦西亚搬到埃尔切. 主要目标是评估安全性, 他说, 但研究小组希望这个假肢能把视频输入转换成戈麦斯能感知到的由磷幻视图案构成的图像.

戈麦斯将成为世界上第一个将假肢的关键部分——诺曼著名的犹他电极阵列(UEA)——植入她的视觉皮层的人,试图产生描绘外部世界的图像.

她毫不犹豫地答应了.

犹他电极阵列(UEA), 比一便士小得多, 包括一个植入大脑的微型装置.
犹他电极阵列(UEA), 比一便士小得多, 包括一个植入大脑的微型装置. (资料来源:约翰. 莫兰眼科中心/犹他大学)

大发娱乐盲人的未来

戈麦斯从小就喜欢科学,上学时也喜欢. 在大学期间,她喜欢上了生物化学,并决定教书. 当她失明时,她已经教了15年的高中生物.

那年1月,她刚换了驾照,很快就患上了中毒性视神经病变, 一种迅速破坏连接眼睛和大脑的视神经的疾病. 几天之内,戈麦斯就完全失去了视力和对光的感知.

“这是新的一年,”戈麦斯说,“就像这样,这对我来说是一个新的生活."

爱德华多·费尔南德斯教授(左)为贝赫那戈麦斯和她的丈夫大发娱乐提供咨询.
爱德华多·费尔南德斯教授(左)为贝赫那戈麦斯和她的丈夫大发娱乐提供咨询. (资料来源:约翰. 莫兰眼科中心/犹他大学)

她花了几个月的时间安抚两个儿子,一个9岁,一个16岁,并学着接受新的现实. 与西班牙盲人国家组织合作, 戈麦斯学会了如何尽可能地独立. 该组织教会了她一切,从如何定位盘子里的食物和在超市购物,到智能手机和电脑如何在日常生活中大发娱乐提供大发娱乐.

她的丈夫, 何塞•路易斯•, 已经在做家务和照顾孩子了吗, 但现在,他作为她伴侣的角色变得更加重要了. 在他们33年的婚姻生活中,他的支持使一切顺利. 在家里,她不是盲人——只是伯纳.

当她和费尔南德斯谈起假肢实验时,她已经接受了自己的新生活.

“我知道我是个盲人,而且我将永远是盲人,”她说. “但我觉得我将来可以做些什么来大发娱乐人们. 我仍然有这种感觉."

实验是如何创造人工视觉的

在一个三小时的手术中, 一个神经外科团队只需要大约一分钟的时间来植入微小的微电极阵列, 比一便士小得多, 进入她大脑的视觉区. 手术如预期进行,没有并发症.

Moran|Cortivis视觉假体中使用的犹他电极阵列接收来自摄像机的输入,并将图像转换为人工视觉的形式.
Moran|Cortivis视觉假体中使用的犹他电极阵列接收来自摄像机的输入,并将图像转换为人工视觉的形式. (资料来源:约翰. 莫兰眼科中心/犹他大学)

在接下来的六个月里, 戈麦斯每天在实验室与费尔南德斯和他的团队一起花4个小时进行实验,得出重要的数据. 这并不容易.

视力正常的人失明后,仍能自发地体验到光幻视. 随着时间的推移,这些会消失. 但戈麦斯的手术诱导了新的自发光幻视的产生. 而这些随着时间的推移而减少, 她必须学会区分自然产生的光幻视和通过阵列电刺激引起的光幻视. 光是这个过程就花了整整两个月. 研究人员要求戈麦斯描述她所感知到的,甚至对每个磷光体的亮度进行评级,这项工作是有条不紊的.

实验最终确定了可以安全地用于产生光幻灯的电流的大小. 该团队还证实了用于假肢的设备的生物相容性.

除了辨认线条外,戈麦斯还描述说看到了一个大O和一个小O.她甚至从家里带了一个大亮片和一个小亮片到实验室来解释这些图像. 让戈麦斯更熟悉唤起的光幻视,并引进品种, 实验室成员为她制作了一个视频游戏:一个简单的黑白迷宫,她用假肢制作的视觉图像在迷宫中移动一个圈.

而一位神经外科医生只在戈麦斯的大脑中植入了一个阵列, 诺曼发表的研究表明,视觉皮层中有7到10个神经元阵列, 一起工作, 能否产生更详细的图像,以大发娱乐提供有用的视觉.

“这可以给盲人更多的行动,”诺曼说. “它可以让他们很容易地识别一个人、门口或汽车. 它可以增加独立性和安全性. 这就是大发娱乐正在努力的方向."

人工视觉的未来

走到这一步的工作是艰苦的.

“当大发娱乐30多年前开始这个项目时, 在这个领域没有人做任何事情, 大发娱乐需要很多基本信息,诺曼说。.

在20世纪90年代研发出东安格利亚和植入它所需的独特工具之后, 诺曼进行了多年的实验,以回答探索人工视觉的关键问题. 其结果是一个包含100多篇已发表论文的基础工作体系, 被世界各地的科学家引用.

贝赫那戈麦斯
(资料来源:约翰. 莫兰眼科中心/犹他大学)

“我希望有这样的假肢,即使它很简单. 作为一个盲人,你不知道门在哪里,窗户在哪里,也不知道人在哪里. 有了这个,你至少知道有什么东西在那里."

贝赫那戈麦斯

诺曼现在将与费尔南德斯合作,在西班牙对另外四名患者进行类似的实验,然后在美国开始进一步的研究工作. 下一组实验将使用更复杂的编码器系统, 能够同时刺激更多的电极来重现更复杂的视觉图像.

莫兰首席执行官兰德尔·J·奥尔森说, MD, Moran / Cortivis假体的研究预示着该领域的一个显著飞跃.

“结果是惊人的, 我对假肢的可能性感到无比兴奋,奥尔森说. “多年来, 迪克和他的合作者一直在推动人们认为可能的界限. 他们的奉献得到了惊人的回报."

如果没有戈麦斯,假肢的最新进展是不可能的, 谁说她会尽其所能地接听电话. 在实验结束时,外科医生从戈麦斯的大脑中取出了该阵列, 但她仍然是团队的关键成员, 目前通过与可能有问题或担忧的潜在新假肢研究参与者交谈来协助.

她并不觉得自己特别勇敢, 只清楚她参与研究的决定和她从中得到的有用的感觉.

考虑了一会儿后,戈麦斯说:“总得有人去做."

关于犹他电极阵列(UEA)

由理查德·“迪克”·诺曼博士发明,UEA只有4毫米乘4毫米.

它有100.5毫米长的微电极,可以记录和回放大脑中神经元交流的电活动.

Normann 首先在截肢者身上使用这种阵列 评价安全性和有效性, 它还允许被截肢者仅仅通过移动手指或手的愿望来控制假肢. 在西班牙, 这个团队由诺曼和爱德华多·费尔南德斯领导, MD, 博士学位, 首次将UEA植入大脑视觉皮层.