品嚐光線

裝置讓視障人士用舌頭“看”見

已故神經科學家保羅·巴赫-Y-裡塔在 20 世紀 60 年代假設“我們用大腦而不是眼睛看”。現在,一種非侵入性裝置利用這種想法,旨在透過依靠舌頭表面的神經向大腦傳送光訊號,部分恢復視障人士的視覺體驗。

該裝置於 2003 年由位於威斯康星州米德爾頓的 Wicab(一家由巴赫-Y-裡塔共同創立的公司)的神經科學家首次演示,最終可能在今年年底上市銷售。該裝置名為 BrainPort,旨在替代將視覺訊號從視網膜傳輸到大腦主要視覺皮層的 200 萬根視神經。視覺資料透過安裝在使用者佩戴的太陽鏡中心的微型數字攝像機收集。資料繞過眼睛,進入手持式基座單元,該單元包含變焦控制和燈光設定等功能,以及將數字訊號轉換為電脈衝的中央處理單元 (CPU)。

從 CPU,訊號透過“棒棒糖”傳送到舌頭,“棒棒糖”是一個約九平方釐米的電極陣列,直接放在舌頭上,舌頭似乎是感知電流的理想器官。(唾液也是良好的導體。)此外,與其他觸覺器官相比,舌頭的神經纖維密集且更靠近表面。例如,手指表面覆蓋著一層稱為角質層的死細胞。


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棒棒糖上的每個電極對應一組畫素。白色畫素產生強電脈衝,而黑色畫素則轉換為無訊號。舌頭表面的神經接收傳入的電訊號,使用者感覺有點像跳跳糖或香檳氣泡。

非營利性視力保健和研究組織 Lighthouse International 的研究主管 William Seiple 表示,通常在使用該裝置 15 分鐘內,盲人就可以開始透過 BrainPort 解釋空間資訊。電極在空間上與畫素相關聯,因此如果攝像頭在黑暗的走廊中間檢測到燈具,則舌頭中心會發生電刺激。Wicab 神經科學家 Aimee Arnoldussen 說:“這變成了一項學習任務,與學習騎腳踏車沒什麼不同。”她補充說,“這個過程類似於嬰兒學習看東西的方式。起初可能會感到陌生,但隨著時間的推移,它們會變得熟悉。”

Seiple 與四名每週接受一次 BrainPort 培訓的患者合作。他指出,他的患者已經學會了如何快速找到門口和電梯按鈕,閱讀字母和數字,以及在餐桌上挑出杯子和叉子,而無需摸索。“起初,我對該裝置的功能感到驚訝,”他說。“有個人在看到他的第一個字母時開始哭了。”研究人員尚未弄清楚電資訊是被傳輸到大腦的視覺皮層(通常傳送視覺資訊的地方),還是傳輸到軀體感覺皮層(解釋來自舌頭的觸覺資料的地方)。

為了制定監測人工視覺進展的標準,匹茲堡大學醫學中心眼科中心的驗光師 Amy Nau 將進一步測試 BrainPort,以及其他裝置,如視網膜和皮層植入晶片。“我們不能只是擺出視力表。我們必須退後一步,描述這些人正在獲得的初步概念,”她說。Nau 對 BrainPort 特別感興趣,因為它是非侵入性的,不像植入物。

“許多後天失明的人都渴望恢復視力,”她指出。根據美國國立衛生研究院的資料,至少有一百萬 40 歲以上的美國人是法定盲人,他們的視力為 20/200 或更差,或者視野小於 20 度。成人視力喪失每年給該國造成約 514 億美元的損失。

儘管感覺替代技術不能完全恢復視力,但它們確實提供了空間定向所需的資訊。該公司總裁兼執行長 Robert Beckman 表示,Wicab 計劃在 8 月底向美國食品和藥物管理局提交 BrainPort 以供批准。他指出,該裝置可能會在 2009 年底獲得市場批准,每臺機器售價約為 10,000 美元。

大眾科學雜誌 第 301 卷 第 4 期本文最初以“品嚐光線”為標題發表於《大眾科學》雜誌 第 301 卷 第 4 期(),第 22 頁
doi:10.1038/scientificamerican1009-22
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