品尝光线

设备让视障人士用舌头“看”见

已故神经科学家保罗·巴赫-Y-里塔在 20 世纪 60 年代假设“我们用大脑而不是眼睛看”。现在,一种非侵入性设备利用这种想法,旨在通过依靠舌头表面的神经向大脑发送光信号,部分恢复视障人士的视觉体验。

该设备于 2003 年由位于威斯康星州米德尔顿的 Wicab(一家由巴赫-Y-里塔共同创立的公司)的神经科学家首次演示,最终可能在今年年底上市销售。该设备名为 BrainPort,旨在替代将视觉信号从视网膜传输到大脑主要视觉皮层的 200 万根视神经。视觉数据通过安装在用户佩戴的太阳镜中心的微型数字摄像机收集。数据绕过眼睛,进入手持式基座单元,该单元包含变焦控制和灯光设置等功能,以及将数字信号转换为电脉冲的中央处理单元 (CPU)。

从 CPU,信号通过“棒棒糖”发送到舌头,“棒棒糖”是一个约九平方厘米的电极阵列,直接放在舌头上,舌头似乎是感知电流的理想器官。(唾液也是良好的导体。)此外,与其他触觉器官相比,舌头的神经纤维密集且更靠近表面。例如,手指表面覆盖着一层称为角质层的死细胞。


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棒棒糖上的每个电极对应一组像素。白色像素产生强电脉冲,而黑色像素则转换为无信号。舌头表面的神经接收传入的电信号,用户感觉有点像跳跳糖或香槟气泡。

非营利性视力保健和研究组织 Lighthouse International 的研究主管 William Seiple 表示,通常在使用该设备 15 分钟内,盲人就可以开始通过 BrainPort 解释空间信息。电极在空间上与像素相关联,因此如果摄像头在黑暗的走廊中间检测到灯具,则舌头中心会发生电刺激。Wicab 神经科学家 Aimee Arnoldussen 说:“这变成了一项学习任务,与学习骑自行车没什么不同。”她补充说,“这个过程类似于婴儿学习看东西的方式。起初可能会感到陌生,但随着时间的推移,它们会变得熟悉。”

Seiple 与四名每周接受一次 BrainPort 培训的患者合作。他指出,他的患者已经学会了如何快速找到门口和电梯按钮,阅读字母和数字,以及在餐桌上挑出杯子和叉子,而无需摸索。“起初,我对该设备的功能感到惊讶,”他说。“有个人在看到他的第一个字母时开始哭了。”研究人员尚未弄清楚电信息是被传输到大脑的视觉皮层(通常发送视觉信息的地方),还是传输到躯体感觉皮层(解释来自舌头的触觉数据的地方)。

为了制定监测人工视觉进展的标准,匹兹堡大学医学中心眼科中心的验光师 Amy Nau 将进一步测试 BrainPort,以及其他设备,如视网膜和皮层植入芯片。“我们不能只是摆出视力表。我们必须退后一步,描述这些人正在获得的初步概念,”她说。Nau 对 BrainPort 特别感兴趣,因为它是非侵入性的,不像植入物。

“许多后天失明的人都渴望恢复视力,”她指出。根据美国国立卫生研究院的数据,至少有一百万 40 岁以上的美国人是法定盲人,他们的视力为 20/200 或更差,或者视野小于 20 度。成人视力丧失每年给该国造成约 514 亿美元的损失。

尽管感觉替代技术不能完全恢复视力,但它们确实提供了空间定向所需的信息。该公司总裁兼首席执行官 Robert Beckman 表示,Wicab 计划在 8 月底向美国食品和药物管理局提交 BrainPort 以供批准。他指出,该设备可能会在 2009 年底获得市场批准,每台机器售价约为 10,000 美元。

大众科学杂志 第 301 卷 第 4 期本文最初以“品尝光线”为标题发表于《大众科学》杂志 第 301 卷 第 4 期(),第 22 页
doi:10.1038/scientificamerican1009-22
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