作者:杰夫·布鲁姆菲尔,来自《自然》杂志
两位神经科学家创造了一种假体,可以部分恢复失明小鼠的视力。该设备最终可能会被开发用于人类。
全世界有超过2000万人因视网膜退化而失明,视网膜是眼睛后部的薄组织,可以将光转化为神经信号。只有一种假体被批准用于治疗这种情况——它由外科植入的电极阵列组成,可以直接刺激视神经,使患者能够辨别边缘和字母。然而,患者无法识别面孔或执行许多日常任务。
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纽约康奈尔大学威尔医学院的生理学家希拉·尼伦伯格认为,问题至少部分归咎于编码。即使视网膜薄如纸,它也包含几层神经,似乎将光编码为神经信号。“问题是,没有人知道代码,”她说。尼伦伯格认为,如果没有它,视觉假体将永远无法创造出大脑可以轻松识别的图像。
现在,她和她的学生切坦·潘达里纳特提出了一种代码,并开发了一种使用该代码来恢复失明小鼠部分视力的设备。
两人首先在小鼠的视网膜中注射了经过基因工程改造的病毒。该病毒被设计为插入一个基因,该基因使细胞产生通常在藻类中发现的光敏蛋白。当光束照射到眼睛时,蛋白质会触发神经细胞向大脑发送信号,执行与健康视杆细胞和视锥细胞相似的功能。
编码视觉
早期的努力已经设法达到了这一步,但尼伦伯格和潘达里纳特更进一步。他们没有将视觉信号直接输入眼睛,而是使用他们通过观察健康视网膜对刺激的反应而开发的代码来处理这些信号。在接收到编码输入后,小鼠能够追踪移动的条纹,这是它们以前无法做到的。然后,两人查看了小鼠产生的神经信号,并使用另一种“未翻译”的代码来弄清楚大脑会看到什么。编码后的图像比未编码的图像更清晰且更易识别(见图像)。
洛杉矶南加州大学的眼科医生詹姆斯·韦兰德说,编码的重要性在从事视觉假体研究的科学家中一直存在争议。有些人认为它至关重要,但另一些人认为大脑可以适应未经处理的信号。尼伦伯格和潘达里纳特已经表明,编码提供了优势,他说,但它的效果如何只有在人类身上尝试后才能知道。“在病人告诉你‘是的,我看到了。当你这样做时,它会更好’之前,你不能确定,”他说。
尼伦伯格希望尽快在人体试验中测试该系统。编码足够简单,可以通过微芯片完成,该微芯片可以与小型摄像机一起安装在眼镜上。摄像机将记录信号,然后编码器将其直接闪烁到眼睛中经过基因治疗的神经细胞上。如果它有效,该技术足够简单,可以在医生的办公室完成。“我们希望在未来一两年内[在患者身上尝试],”她说。