科學家向人們的大腦傳送電流模式，誘導他們的大腦看到實際上不存在的字母。
根據今天（5月14日）發表在《細胞》雜誌上的這項研究，該實驗在視力正常的人和成年後失明的參與者身上都取得了成功。雖然這項技術仍處於早期階段，但植入裝置未來可能被用於刺激大腦，並在一定程度上恢復人們的視力。
這些植入物被稱為視覺假體，被放置在視覺皮層上，然後以某種模式進行刺激，以“描繪”出參與者可以“看到”的形狀。更先進版本的植入物可能與人工耳蝸類似，後者使用電極刺激內耳神經，以幫助增強佩戴者的聽力。
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該研究的作者，貝勒醫學院的神經科學家邁克爾·博尚和神經外科醫生丹尼爾·約肖爾博士在給《生命科學》的電子郵件中表示：“這種裝置的早期迭代版本可以提供對遇到的形狀輪廓的檢測。”（約肖爾將於今年夏天在賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院開始新的職位。）“對於許多失明患者來說，能夠辨認出家庭成員的形狀或允許更獨立的導航將是一項了不起的進步。”
目前的研究代表著朝著實現這種技術邁出的一小步。
看到星星
研究作者透過用電流刺激大腦來製作字母，從而使其產生所謂的磷光——人們有時在沒有任何實際光線進入眼睛的情況下感知到的微小光點。與光線從房間裡的物體反射並進入你的眼睛不同，磷光是視覺處理系統的一個怪癖；即使這些光點實際上並不存在，你也會“看到”它們。例如，作者說，你可能在黑暗的房間裡揉眼睛時看到過磷光，這種現象通常被描述為“看到星星”。
馬薩諸塞州總醫院視覺假體實驗室負責人、哈佛大學神經外科助理教授約翰·佩扎里斯說，當你揉眼睛時出現的星星，被稱為“機械磷光”，最早是由一位名叫阿爾克邁翁的古希臘哲學家和生理學家描述的。佩扎里斯說，幾個世紀後的1755年，法國醫生查爾斯·勒羅伊發現，用電刺激大腦也可以產生生動的磷光，即使在盲人身上也是如此。佩扎里斯沒有參與這項研究。
佩扎里斯說，在20世紀60年代，科學家們開始研究視覺假體的想法；研究人員將電極植入視覺皮層——大腦中處理來自眼睛的傳入資訊的區域——目的是產生磷光並將它們組裝成連貫的形狀。作者指出，科學家們假設，如果他們刺激皮層上的多個點，就會出現多個磷光，並且會“自動結合”成可理解的形式，就像電腦螢幕上的單個畫素一樣。
“但是大腦遠比電腦顯示器複雜得多，而且由於我們尚不完全理解的原因，實際上很難從磷光組合中產生可識別的形狀，”博尚和約肖爾說。作者在他們自己的研究中也遇到了同樣的障礙，但找到了一種繞過它的方法。
在大腦上繪製
該團隊將電極陣列放置在五名研究參與者（三名視力正常者和兩名盲人）的視覺皮層上。具體來說，電極位於稱為V1的大腦區域之上，來自視網膜的資訊在那裡被輸送以進行早期處理。視力正常的人已經正在接受手術，將電極植入他們的大腦，作為癲癇治療的一部分，旨在監測他們的大腦的癲癇發作活動。盲人參與者參加了一項關於視覺假體的獨立研究，並在當時植入了電極。
V1就像一張地圖，地圖的不同區域對應於我們視野的不同區域，例如右上角或左下角。作者發現，如果他們一次啟用一個電極，參與者可靠地看到磷光（光點）出現在其預測區域。但是，如果多個電極同時上線，則單個磷光仍然出現，但不會組合成連貫的形狀。
因此，作者嘗試了一種不同的策略；他們假設，透過“將電流掃過”多個電極，他們可以在大腦表面描繪出圖案，從而產生可識別的形狀。作者說：“大腦獨特地調整為檢測我們環境中的變化”，因此他們推測，該器官應該跟蹤一個接一個呈現的磷光圖案。
荷蘭神經科學研究所所長皮特·羅爾夫塞瑪在給《生命科學》的電子郵件中表示，人工耳蝸使用類似的策略來產生不同的聽覺音調，他沒有參與這項研究。“假設電極1發出高音調，電極2發出略低的音調，”他說。透過將電流導向兩個電極，“你可以得到介於電極1和電極2之間的音調。”
研究作者發現，他們可以在視覺方面做類似的事情；他們可以在兩個獨立電極的位置之間產生磷光，從而將它們之間的點連線起來。利用這種技術，作者在V1表面繪製了字母形狀，例如“W”、“S”和“Z”；這些形狀必須倒置和向後繪製，這就是視覺資訊通常從我們的眼睛到達視覺皮層的方式。
最終，研究參與者可以看到描繪的形狀，並在觸控式螢幕上準確地重新建立它們。當研究中的參與者開始在他們的腦海中看到字母形成時，“我認為他們至少和我們一樣興奮，甚至可能更興奮！”博尚和約肖爾告訴《生命科學》。
展望未來
羅爾夫塞瑪在《細胞》雜誌上發表的一封信中寫道，“在將這項研究應用於有用的視覺假體之前，仍然有許多挑戰需要克服”，這封信是這篇新論文的隨附信。
作者說，未來，視覺假體可能會包含“數千個電極”，而這項研究只使用了幾十個。此外，“這些電極可能會被設計成穿透皮層，以便電極尖端更靠近位於皮層表面以下數百微米的神經元，”他們補充說。
佩扎里斯說，與大腦表面的電極所需的電場相比，穿透大腦的電極產生更精確的磷光，所需的電場更弱。他指出，表面電極使用強電場來接觸組織內的腦細胞，有時會導致相鄰或重疊的細胞同時受到刺激。
羅爾夫塞瑪告訴《生命科學》，為了使視覺假體發揮作用，需要發明新的電極，使其在較長時間內與腦組織保持相容。“目前進入大腦的電極會造成損害，並且工作時間不夠長，”他說。然而，佩扎里斯說，對於某些患者來說，表面電極可能是最佳選擇，這取決於將電極更深地植入他們的大腦所帶來的風險。“失明的原因有很多種”，有些患者可能最受益於深度植入的電極，另一些患者可能最受益於表面電極，還有一些患者可能最受益於直接植入視網膜的假體，後者只需要眼科手術即可植入，他說。
最重要的是，“為了使視覺假體裝置真正對失明患者有用，它們必須提高生活質量，”博尚和約肖爾說。這意味著，除了最佳化物理電極及其執行方式外，科學家們還必須開發可靠的軟體，以幫助使用者過濾和處理視覺資訊。一旦組裝完成，完整的系統必須足夠有用，人們才會真正使用它。
佩扎里斯在談到視覺假體時說：“從根本上說，我們必須牢記的一件事是，失明不是一種危及生命的疾病，因此風險需要與足夠的益處相平衡。
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