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現年56歲的美國人布萊恩·巴薩德（Brian Bussard）曾失去視力，如今他大腦内有25塊微型晶片。這些旨在提供“人造視力”的腦植入裝置是當下最前沿的腦機接口技術，是數十年探索的寶貴成果，也是科學家測試此類晶片效果及安全性的一次嘗試，它們于2022年2月被置入該項目第一個志願者，即巴薩德的腦中。
巴薩德在17歲時因視網膜脫落而左眼失明，其右眼在2016年也失去了視力。不見光明的生活無比艱難，卻也是每個視障人士不得不适應的日常。
2021年，他聽聞芝加哥伊利諾伊理工學院正進行視覺假體（visual prosthesis）試驗，對此産生很大興趣并報名參加，不過研究人員也提醒他：該裝置是實驗性的，參與者不應期待憑此恢複正常視力水準。
最終，腦中晶片成功帶給巴薩德以人造視力，但非常有限——他将其描述為“雷達螢幕上的光點”。借助植入物，他能感覺以白色和彩虹色點呈現的人與物。
西班牙米格爾·埃爾南德斯大學的專家團隊迄今已為4名視障人士植入了類似系統。
工業界也正大力開拓此領域。總部位于加州的醫療裝置制造公司Cortigent正在開發一種名為Orion的人造視力裝置，通過植入物和眼鏡給使用者大腦直接傳遞影像，已有6名志願者嘗試該産品。埃隆·馬斯克（Elon Musk）創立的神經技術公司Neuralink也在研發用于人造視覺的大腦植入物。今年3月，馬斯克曾在社媒X發帖聲稱，Neuralink的裝置Blindsight“已經在猴子身上發揮作用”……“一開始分辨率很低，就像早期的任天堂顯示卡一樣，但它最終可能超越普通人的視力。”
考慮到視覺形成過程極度複雜，馬斯克的預測不現實。通過大腦植入物提高人的視力，這需要克服巨大的技術障礙。當然，對盲人群體而言，即便隻獲得基本視力，那也是巨大的改變。
“大腦裡的手機網絡”
伊利諾伊理工學院生物醫學工程教授菲利普·特洛伊克（Philip Troyk）上司了巴薩德參與的試驗項目。他表示：“目前這方面的工作并不以恢複生物視覺為目的，而是要探索人造視覺的可能性。”
當光線射入眼睛時，它首先穿過角膜和晶狀體，即眼睛的外層和中層。當光線到達眼睛後部（視網膜）時，那裡的細胞（稱為感光器）會将其轉換為電信号。這些電信号通過視神經傳播至大腦，大腦将這些信号翻譯為圖像。如果沒有完整的視網膜或視神經，眼睛就無法與大腦交流，許多完全失明者就面對這種情況。
特洛伊克團隊和Neuralink方面所建構的裝置能完全繞過眼睛和視神經，直接向大腦發送資訊，正因如此，它們有望克服任何原因——無論是眼部疾病還是外傷——導緻的失明。
視覺皮層負責處理由眼睛發送的資訊，因位于大腦後部，故十分易于植入裝置。為将25個晶片放入巴薩德大腦中，外科醫生進行了正常開顱手術，并取出一塊頭骨。
植入腦中的晶片實際上就是微型刺激器，可發出微弱電流，單塊尺寸接近橡皮擦，包含16個微小電極，每個電極都比人頭發絲還細，每個電極受單獨控制。巴薩德總共植入了400個電極。用特洛伊克的話說：“這就像在大腦裡安置了一個手機網絡。”
沒有光的光點
通過特制眼鏡上的攝像頭，裝置能捕捉周圍環境的圖像，并借助軟體處理将其轉化為與晶片網絡對話的指令，進而接通電極以刺激神經元。這種刺激會産生一種叫作“光幻視”（phosphenes）的視覺感覺。它看起來像光點，但實際上眼睛并不接收光線。
由于刺激器集中于視覺皮層一部分，巴薩德隻能在視野的左下部分看到光幻視，不過這也足以提高他在房間中導航和執行基本任務的能力，例如，他能從桌上四個不同物件裡選出那個他想要的盤子。
怎樣生成更優質的圖像？這是視覺假體研發者最關心的問題。美國匹茲堡大學眼科助理教授陳星（音譯）博士表示：“電極越多，理論上可産生的光幻視就越多，人造視覺下的形狀也就越複雜精細。”
2023年，陳博士和同僚發表論文，介紹了他們用1024個電極建立視覺假體的工作：他們在實驗猴子身上測試視覺假體系統，發現猴子真借助裝置識别出了字母。團隊估計，若以這種方式恢複盲人視力，需要數百到數千個電極。
但特洛伊克認為，關鍵不在于電極數量，而是電極位置，将其分布于視覺皮層處，的确能在更大視野中産生更多光點，可代價則是更具侵入性的外科手術。
定制的刺激
米格爾·埃爾南德斯大學團隊隻允許志願者接受一個包含100個電極的植入裝置。不過根據他們于2021年發表的論文，即使電極數量不多，一名60歲視障女性仍憑此識别出線條、形狀和簡單的字母。上司該項目的神經科學家愛德華多·費爾南德斯（Eduardo Fernández）表示，後續又有3名盲人志願者獲得類似的視力改善。
費爾南德斯強調人造視覺“并非重見光明”，其主要目标是提高盲人的定向能力和行動能力。在一項測試中，一名植入視覺假體的男性在虛拟現實跑步機上行走時能做到避開障礙物。費爾南德斯希望未來增加植入電極數量，進而讓視障人士獲得更多光幻視，感覺更豐富細膩的影像。
目前，費爾南德斯團隊正就4名最早期志願者的情況作深入探究——每個人視覺皮層都略有不同，是以他們必須對植入電極的位置以及要傳遞的電刺激量進行實驗。
我們為每名志願者定制刺激。”
想通過定制植入物來獲得最佳效果，需克服很大挑戰。在早期實驗中，科學家使用置于大腦表面的大型電極，以相對較高的電流産生光幻視，這種刺激有時會導緻癫痫發作、疼痛和腦組織損傷。陳博士指出，我們既要足夠強的電流來産生光幻視，又要避免不必要的副作用，在這兩方面取得并非易事。
柔性電極和移動式裝置
植入物的壽命也相當關鍵。前文介紹的陳星團隊和埃爾南德斯團隊都使用了一種名為“猶他陣列”（Utah array）的剛性植入裝置——由100個微小矽針組成的方形網格，每個矽針尖端都有一個電極。猶他陣列可持續工作數月至數年，但當植入物周圍形成疤痕組織并幹擾其從附近神經元接收信号的能力時，它就會停止工作。伊利諾伊理工學院團隊的植入物由氧化銥制成，看起來就像微型的毛刷頭。
Neuralink等公司新開發的植入裝置擁有尺寸更小、可穿透大腦的柔性電極。例如，Neuralink的硬币狀裝置被置入頭骨，其纖細的線狀電極延伸至腦組織中。
陳博士指出，更柔軟的電極可能令植入物壽命更長，但它們到底能在大腦中工作多久仍有待觀察。
另一個懸而未決的疑問是：一個人失明時間的長短會否影響視覺假體裝置的效果？如前文所述，伊利諾伊理工學院團隊招募的第一個志願者巴薩德是在完全失明6年後接受了手術；米格爾·埃爾南德斯大學方面則給一名已失明16年的參與者植入裝置，後者目前仍能模糊地看出物體形狀。
陳博士指出：
失明多年後，視覺系統開始退化，可能越早幹預越好，當然這有待系統性地研究和證明。”
在2022年11月的一次活動中，馬斯克聲稱：“我們相信，即使從未有過視力的先天失明者，也能恢複視力。”費爾南德斯對此持懷疑态度并指出，過往從未有恢複先天失明者視力的嘗試，從理論上講，獲得人造視力需要功能正常的視覺皮層，但天生失明者從未運用這一部分處理視覺資訊。
現階段，巴薩德隻能在實驗室使用視覺假體——技術團隊負責控制刺激。特洛伊克和同僚正開發一種移動式系統，以便未來讓參與者可居家使用該裝置。此外，特洛伊克也在尋找更多成年後失明的志願者。
資料來源：
The Next Frontier for Brain Implants Is Artificial Vision
END
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