作者:傑夫·布魯姆菲爾,來自《自然》雜誌
兩位神經科學家創造了一種假體,可以部分恢復失明小鼠的視力。該裝置最終可能會被開發用於人類。
全世界有超過2000萬人因視網膜退化而失明,視網膜是眼睛後部的薄組織,可以將光轉化為神經訊號。只有一種假體被批准用於治療這種情況——它由外科植入的電極陣列組成,可以直接刺激視神經,使患者能夠辨別邊緣和字母。然而,患者無法識別面孔或執行許多日常任務。
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紐約康奈爾大學威爾醫學院的生理學家希拉·尼倫伯格認為,問題至少部分歸咎於編碼。即使視網膜薄如紙,它也包含幾層神經,似乎將光編碼為神經訊號。“問題是,沒有人知道程式碼,”她說。尼倫伯格認為,如果沒有它,視覺假體將永遠無法創造出大腦可以輕鬆識別的影像。
現在,她和她的學生切坦·潘達里納特提出了一種程式碼,並開發了一種使用該程式碼來恢復失明小鼠部分視力的裝置。
兩人首先在小鼠的視網膜中注射了經過基因工程改造的病毒。該病毒被設計為插入一個基因,該基因使細胞產生通常在藻類中發現的光敏蛋白。當光束照射到眼睛時,蛋白質會觸發神經細胞向大腦傳送訊號,執行與健康視杆細胞和視錐細胞相似的功能。
編碼視覺
早期的努力已經設法達到了這一步,但尼倫伯格和潘達里納特更進一步。他們沒有將視覺訊號直接輸入眼睛,而是使用他們透過觀察健康視網膜對刺激的反應而開發的程式碼來處理這些訊號。在接收到編碼輸入後,小鼠能夠追蹤移動的條紋,這是它們以前無法做到的。然後,兩人查看了小鼠產生的神經訊號,並使用另一種“未翻譯”的程式碼來弄清楚大腦會看到什麼。編碼後的影像比未編碼的影像更清晰且更易識別(見影像)。
洛杉磯南加州大學的眼科醫生詹姆斯·韋蘭德說,編碼的重要性在從事視覺假體研究的科學家中一直存在爭議。有些人認為它至關重要,但另一些人認為大腦可以適應未經處理的訊號。尼倫伯格和潘達里納特已經表明,編碼提供了優勢,他說,但它的效果如何只有在人類身上嘗試後才能知道。“在病人告訴你‘是的,我看到了。當你這樣做時,它會更好’之前,你不能確定,”他說。
尼倫伯格希望儘快在人體試驗中測試該系統。編碼足夠簡單,可以透過微晶片完成,該微晶片可以與小型攝像機一起安裝在眼鏡上。攝像機將記錄訊號,然後編碼器將其直接閃爍到眼睛中經過基因治療的神經細胞上。如果它有效,該技術足夠簡單,可以在醫生的辦公室完成。“我們希望在未來一兩年內[在患者身上嘗試],”她說。