科学家向人们的大脑发送电流模式，诱导他们的大脑看到实际上不存在的字母。
根据今天（5月14日）发表在《细胞》杂志上的这项研究，该实验在视力正常的人和成年后失明的参与者身上都取得了成功。虽然这项技术仍处于早期阶段，但植入设备未来可能被用于刺激大脑，并在一定程度上恢复人们的视力。
这些植入物被称为视觉假体，被放置在视觉皮层上，然后以某种模式进行刺激，以“描绘”出参与者可以“看到”的形状。更先进版本的植入物可能与人工耳蜗类似，后者使用电极刺激内耳神经，以帮助增强佩戴者的听力。
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该研究的作者，贝勒医学院的神经科学家迈克尔·博尚和神经外科医生丹尼尔·约肖尔博士在给《生命科学》的电子邮件中表示：“这种设备的早期迭代版本可以提供对遇到的形状轮廓的检测。”（约肖尔将于今年夏天在宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院开始新的职位。）“对于许多失明患者来说，能够辨认出家庭成员的形状或允许更独立的导航将是一项了不起的进步。”
目前的研究代表着朝着实现这种技术迈出的一小步。
看到星星
研究作者通过用电流刺激大脑来制作字母，从而使其产生所谓的磷光——人们有时在没有任何实际光线进入眼睛的情况下感知到的微小光点。与光线从房间里的物体反射并进入你的眼睛不同，磷光是视觉处理系统的一个怪癖；即使这些光点实际上并不存在，你也会“看到”它们。例如，作者说，你可能在黑暗的房间里揉眼睛时看到过磷光，这种现象通常被描述为“看到星星”。
马萨诸塞州总医院视觉假体实验室负责人、哈佛大学神经外科助理教授约翰·佩扎里斯说，当你揉眼睛时出现的星星，被称为“机械磷光”，最早是由一位名叫阿尔克迈翁的古希腊哲学家和生理学家描述的。佩扎里斯说，几个世纪后的1755年，法国医生查尔斯·勒罗伊发现，用电刺激大脑也可以产生生动的磷光，即使在盲人身上也是如此。佩扎里斯没有参与这项研究。
佩扎里斯说，在20世纪60年代，科学家们开始研究视觉假体的想法；研究人员将电极植入视觉皮层——大脑中处理来自眼睛的传入信息的区域——目的是产生磷光并将它们组装成连贯的形状。作者指出，科学家们假设，如果他们刺激皮层上的多个点，就会出现多个磷光，并且会“自动结合”成可理解的形式，就像电脑屏幕上的单个像素一样。
“但是大脑远比电脑显示器复杂得多，而且由于我们尚不完全理解的原因，实际上很难从磷光组合中产生可识别的形状，”博尚和约肖尔说。作者在他们自己的研究中也遇到了同样的障碍，但找到了一种绕过它的方法。
在大脑上绘制
该团队将电极阵列放置在五名研究参与者（三名视力正常者和两名盲人）的视觉皮层上。具体来说，电极位于称为V1的大脑区域之上，来自视网膜的信息在那里被输送以进行早期处理。视力正常的人已经正在接受手术，将电极植入他们的大脑，作为癫痫治疗的一部分，旨在监测他们的大脑的癫痫发作活动。盲人参与者参加了一项关于视觉假体的独立研究，并在当时植入了电极。
V1就像一张地图，地图的不同区域对应于我们视野的不同区域，例如右上角或左下角。作者发现，如果他们一次激活一个电极，参与者可靠地看到磷光（光点）出现在其预测区域。但是，如果多个电极同时上线，则单个磷光仍然出现，但不会组合成连贯的形状。
因此，作者尝试了一种不同的策略；他们假设，通过“将电流扫过”多个电极，他们可以在大脑表面描绘出图案，从而产生可识别的形状。作者说：“大脑独特地调整为检测我们环境中的变化”，因此他们推测，该器官应该跟踪一个接一个呈现的磷光图案。
荷兰神经科学研究所所长皮特·罗尔夫塞玛在给《生命科学》的电子邮件中表示，人工耳蜗使用类似的策略来产生不同的听觉音调，他没有参与这项研究。“假设电极1发出高音调，电极2发出略低的音调，”他说。通过将电流导向两个电极，“你可以得到介于电极1和电极2之间的音调。”
研究作者发现，他们可以在视觉方面做类似的事情；他们可以在两个独立电极的位置之间产生磷光，从而将它们之间的点连接起来。利用这种技术，作者在V1表面绘制了字母形状，例如“W”、“S”和“Z”；这些形状必须倒置和向后绘制，这就是视觉信息通常从我们的眼睛到达视觉皮层的方式。
最终，研究参与者可以看到描绘的形状，并在触摸屏上准确地重新创建它们。当研究中的参与者开始在他们的脑海中看到字母形成时，“我认为他们至少和我们一样兴奋，甚至可能更兴奋！”博尚和约肖尔告诉《生命科学》。
展望未来
罗尔夫塞玛在《细胞》杂志上发表的一封信中写道，“在将这项研究应用于有用的视觉假体之前，仍然有许多挑战需要克服”，这封信是这篇新论文的随附信。
作者说，未来，视觉假体可能会包含“数千个电极”，而这项研究只使用了几十个。此外，“这些电极可能会被设计成穿透皮层，以便电极尖端更靠近位于皮层表面以下数百微米的神经元，”他们补充说。
佩扎里斯说，与大脑表面的电极所需的电场相比，穿透大脑的电极产生更精确的磷光，所需的电场更弱。他指出，表面电极使用强电场来接触组织内的脑细胞，有时会导致相邻或重叠的细胞同时受到刺激。
罗尔夫塞玛告诉《生命科学》，为了使视觉假体发挥作用，需要发明新的电极，使其在较长时间内与脑组织保持兼容。“目前进入大脑的电极会造成损害，并且工作时间不够长，”他说。然而，佩扎里斯说，对于某些患者来说，表面电极可能是最佳选择，这取决于将电极更深地植入他们的大脑所带来的风险。“失明的原因有很多种”，有些患者可能最受益于深度植入的电极，另一些患者可能最受益于表面电极，还有一些患者可能最受益于直接植入视网膜的假体，后者只需要眼科手术即可植入，他说。
最重要的是，“为了使视觉假体设备真正对失明患者有用，它们必须提高生活质量，”博尚和约肖尔说。这意味着，除了优化物理电极及其运行方式外，科学家们还必须开发可靠的软件，以帮助用户过滤和处理视觉信息。一旦组装完成，完整的系统必须足够有用，人们才会真正使用它。
佩扎里斯在谈到视觉假体时说：“从根本上说，我们必须牢记的一件事是，失明不是一种危及生命的疾病，因此风险需要与足够的益处相平衡。
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