延斯·瑙曼在 17 岁时，一次事故将一条铁轨上的金属碎片击入了他的左眼。三年后，一个来自雪地摩托离合器的金属碎片摧毁了他的右眼，使他陷入完全的黑暗。瑙曼的书《寻找天堂》讲述了他绝望地寻求重见光明的故事，主要是作为生物医学工程师威廉·多贝尔的“阿尔法病人”。在 20 世纪 70 年代，多贝尔已经证明，电刺激视觉大脑区域（视觉皮层）会导致人们感知到光点，或称“光幻视”。
这位工程师的目标是开发一种“仿生眼”。该设备将由一个头戴式摄像头组成，该摄像头将视频传输到计算机处理器，然后计算机处理器将电信号发送到植入视觉皮层的电极，从而产生视觉感知。瑙曼在 2002 年前往葡萄牙接受手术后，成为多贝尔最著名的病人；美国食品药品监督管理局已在美国禁止该手术，因为它尚未被证明是安全的。他关于感知粗略轮廓的轶事仍然是研究人员拥有的唯一证据，证明使用这种设备感知形状是可能的，因为这些程序的数据从未公布过。该设备在几个月后退化，瑙曼新发现的视觉世界逐渐消失，但他多年来一直继续奔走呼吁，以推动这项技术向前发展。
一种更精密的版本已经建成并在猴子身上进行了测试，这使该技术更接近在人类中的常规实际应用。由荷兰神经科学研究所的神经科学家彼得·罗尔夫塞马领导的团队，已经证明了两只视力正常的猴子对位置、方向、运动和字母形状的感知。《科学》杂志 12 月 3 日发表的这项研究，“是一项技术上的杰作，”神经外科医生丹尼尔·约肖尔说，他没有参与这项研究，但共同撰写了一篇随附的评论。该设备在准备用于人体之前还需要进一步开发，但这项工作使恢复失明人士视力的梦想更近了一步。对于眼睛中没有功能细胞的人来说，这种方法是唯一可能的治疗方法——这个群体包括一些青光眼和糖尿病患者，以及经历过身体创伤的人。
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在这项新研究中，该团队使用了 16 个阵列，每个阵列是一个 64 个电极的网格，总共 1024 个电极。“我们平铺了皮层表面的很大一部分，从而创建了与视觉空间地图很大一部分的界面，”罗尔夫塞马说。视觉皮层具有称为“视网膜拓扑”的特性，这意味着视觉空间物理映射到皮层的各个区域，使研究人员能够在空间中的特定点生成光幻视。一系列实验表明，猴子可以识别单个光幻视的位置、由两个光幻视组成的线的方向，以及通过连续刺激两个光幻视所暗示的运动方向。最后，经过训练识别字母的猴子似乎能够识别由 8 到 15 个光幻视生成的字母。光幻视是在不使用摄像头的情况下直接刺激电极产生的，猴子使用眼球运动来指示反应。
其他小组也在研究同样的问题，其中一个小组已经在人体中测试设备。一家加利福尼亚公司 Second Sight 正在六名盲人身上开发一种名为 Orion 的系统，该系统已获得 FDA 批准的临床试验。与多贝尔的系统一样，Orion 使用位于大脑表面的电极，避免了使用“穿透性”植入物时引起的组织损伤和炎症，后者会导致性能随时间下降。这种方法的缺点是所需的电流相对较高，限制了可以安全使用的电极数量。“你不想诱发癫痫，”罗尔夫塞马说。荷兰小组的新研究使用了穿透性电极，后者需要的电流较小。“我们使用了细针，因此我们可以仅激活少量细胞，电流相对较小，比表面电极所需的电流小一百倍，”罗尔夫塞马说。最重要的是，新设备具有更高的分辨率。新系统有 1024 个电极，而 Orion 植入物有 60 个，这限制了接受者只能检测到明暗区域。
与自然视觉的丰富性相比，这种设备可能产生的视觉会很粗糙，但仍然可以提供实质性的好处。“当你从一无所有开始时，10%、20% 是颠覆性的，”哈佛医学院的尼娜·海德尔说，她没有参与这项工作。“它为你打开了一扇了解如何认识世界的窗口。”但在该技术应用于人类之前，仍然存在障碍。首先，植入物必须是无线的——其他小组正在努力开发无线脑植入物。海德尔说，接下来的步骤还需要测量穿透性植入物的生理后果。“大脑中正在发生什么细胞反应？”她问道，关于急性和长期影响。“生物相容性”仍然是一个问题，但解决方案可能触手可及。“我们正在与开发薄而柔韧的电极的小组合作，”罗尔夫塞马说，这些电极使用杆推入大脑，然后缩回。“初步印象是这些新材料非常稳定，但仍有工作要做。”
更好地理解大脑如何处理视觉信息也将有所帮助。“存在硬件挑战和软件挑战，”约肖尔说。“有时人们会忽略软件元素，即我们如何刺激大脑。”约肖尔是两位在患者体内植入 Orion 的神经外科医生之一，他和同事最近发表了一项研究，探讨了它的功能。“让病人看到光点很容易，”约肖尔说。“但是，当我们尝试将它们组合起来，就像体育场灯光一样，让病人感知到连贯的形状要困难得多。”研究团队想知道，利用大脑检测刺激变化的倾向是否有帮助。“如果我们同时刺激六个电极，病人会看到不一致的斑点，”约肖尔说。“但是当我们扫过大脑时，病人立即能够检测到视觉形状或字母。”
视觉系统执行的处理非常复杂，但更深入地理解这种处理，加上更精密的刺激技术，将继续推进这些设备的发展。约肖尔将这个问题比作演奏音乐。“这就像演奏和弦和用拳头敲击钢琴之间的区别，”他说。“如果你粗暴地输入信息，你会产生刺耳的声音；它必须以一种悦耳的方式完成。”