失明是一个人和他或她与生俱来的眼睛之间的私事.
已故葡萄牙作家何塞·萨拉马戈在他的著名小说《失明》中表达的情感可能适用于天生失明的人。但是，对于全球数千万患有各种退行性疾病而逐渐失去视力的人呢？问题出在眼睛后部的神经细胞，即他们的视网膜。幸运的是，通过使用先进的神经工程技术，恢复部分丧失的视力的方法正在酝酿之中。
在西方，与年龄相关的黄斑变性和视网膜色素变性这两种最常见的成人发病性失明的标志是，负责将入射光线转化为神经能量的感光细胞逐渐死亡。然而，大约一百万个神经节细胞仍然完好无损，它们的输出线束聚在一起，以视神经的形式离开眼球。因此，有远见的（双关语）临床眼科医生与技术专家合作，通过先进的电子设备直接刺激神经节细胞，绕过视网膜的缺陷部分。加利福尼亚州一家名为 Second Sight 的公司生产的一种最成功的假体设备，使用集成到眼镜中的摄像头将图像转换为电子模式。这些模式被发送到一个小的、10 像素 x 6 像素的微电极阵列，该阵列以外科手术方式放置在视网膜上。它刺激神经过程，这些过程以二进制电脉冲（所谓的动作电位或尖峰）的形式向大脑传递信息。
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尖峰是神经元彼此交流的通用语言。一旦我们理解了它们的低语语言，即神经代码，我们将更接近于破译古老的身心之谜。这种假体传递的稀疏信息（使用 60 个通道而不是数百万个感光细胞通道）仍然有所帮助。最近一项针对 30 名晚期视网膜退行性疾病患者的临床试验中期报告得出结论，Second Sight 视觉假体设备是安全有效的。也就是说，它们明确地提高了视力敏锐度。未经治疗的受试者只能区分明暗，而使用假体的受试者可以检测到手的动作，有些人甚至可以数手指。尽管他们测量的视力敏锐度（20/1,260，而完美视力为 20/20）仍然使他们被法律认定为盲人，但他们确实能看到一些东西。
人们普遍认为，随着具有更多刺激位点的更精细的电极阵列的出现，这些残余的视觉能力将会提高。鉴于集成电路技术的持续进步，这种增强无疑会发生。然而，其他人认为，真正需要的是更复杂的编码策略。想想看：如果您突然同时打开和关闭计算机中央处理单元中的所有晶体管，您的计算机会发生什么？显然，您越了解软件指令如何转化为晶体管栅极上的电荷模式，您就可以更有效地操作计算机，破解其晶体管。
利用神经代码
康奈尔大学威尔医学院神经科学教授 Sheila Nirenberg 和她的博士生 Chethan Pandarinath 刚刚通过使用最新的技术热潮——光遗传学 [参见 Christof Koch 的“玩转生物电”；《大众科学·思想》，2010 年 3 月/4 月刊]，证明了对神经代码的这种增强理解。该方法针对已感染基因改造病毒的小鼠中的特定神经细胞群，这些病毒表达一种名为 channelrhodopsin-2 (ChR2) 的蛋白质。病毒导致神经元在其表面膜中表达 ChR2；ChR2 是一种对蓝光敏感的蛋白质。向表达它的细胞发射蓝光脉冲，它将以电信号响应，如果信号足够大，则会导致动作电位。任何一组神经元都可以被命令发射，只要它们携带病毒靶向的分子特征。不具有适当分子特征的神经细胞将不会表达 ChR2。光遗传学之所以热门，是因为它允许研究人员有意识地干预大脑紧密交织的网络内的任何一点，从观察到操纵，从相关性到因果关系。
为了理解 Nirenberg 方法的美妙之处和特异性，重要的是要认识到离开眼睛的视网膜神经节细胞并非只有一个同质群体。相反，存在大约 20 种不同的细胞类型，每种细胞类型都专门用于不同的任务。一些神经节细胞仅对光的开始做出反应，但在光停止时则不反应（“开启”细胞），而第二组细胞则发出相反的信号——当光关闭时（“关闭”细胞）它们以尖峰反应，但在看到明亮区域时则保持沉默。如果微电极阵列同时刺激“开启”和“关闭”细胞——就像全电子策略会发生的那样——它会混淆视觉大脑，因为它会看起来光刚刚同时被打开和关闭！
其他神经节细胞群携带与特定波长（参与色彩视觉）相关的信息，而另一些神经节细胞群则传递有关向下或侧向移动的事物的信息，等等。从某种意义上说，我们所有人都有 20 种不同的世界观，强调视觉环境的不同方面。这些零碎和分散的视图如何统一起来，产生我们有意识地感知到的连贯的世界图景，仍然是一个令人费解的问题。
幸运的是，看起来每种细胞类型都有自己独特的分子条形码。这种知识可用于将光遗传学分子的表达限制在这些细胞中，然后适当地靶向人工刺激。也就是说，如果我们知道“开启”细胞的视网膜代码——它们将视觉信息转换为电脉冲的方式——以及它们的分子特征，那么这些细胞（或任何其他群体）就可以被选择性地靶向。
Nirenberg 和 Pandarinath 在失明小鼠中完成了这种靶向方法，方法是使它们携带一种感光细胞所需基因的突变版本，而其神经节细胞也表达 ChR2。编码器获取数码相机捕获的图像，并将其转换为适合特定神经节神经元群（例如，“开启”细胞）的尖峰序列。它通过训练并将其响应与实际从“开启”视网膜神经节细胞记录的响应进行比较，来完成从图像到视网膜代码的这种转换。因此，作为一个简单的例子，如果一道亮光刚刚移入视野，编码器应该生成一连串脉冲。这些信号被转换为蓝光脉冲，驱动“开启”视网膜神经节细胞发射类似的脉冲序列。对于大脑中作为这些“开启”视网膜神经节细胞接收者的神经元来说，这些脉冲传达了发光物体刚刚出现的数据。利用与健康视网膜相同的代码应该有助于这些失明小鼠看到东西。
左下角的图像显示了该设备重建图片的效果。如果最左边的婴儿照片通过该设备发送，原则上，大脑可以重建左近的图像。远非完美，但显然是一个蹒跚学步的孩子的图像。
在实地测试中，配备这种视网膜假体的实际小鼠可以可靠地检测到向左或向右的运动。
真正衡量性能的标准是，将表达 ChR2 的病毒注射到盲人的眼睛中，并给患者一副带有编码器和光刺激器的眼镜，这指日可待。分子生物学、光学和电子学的美妙结合，即光遗传学，将很快结出硕果，帮助人们重获视力。敬请期待。