在脑中直接呈现图像,大脑中的电极让盲人“重见光明”

时间:2020-05-26 相关资料下载


让盲人看见字母形状听起来有点不真实,但最近有科学家真的实现了这一技术。研究利用一种被称作“视幻觉”的现象,通过植入电极和电刺激,就可以使盲人“看见”研究者绘制的图案。


科技的进步与发展不断刷新着我们的认知。近日,期刊《细胞》杂志发表了一项黑科技成果,让我们对“眼见为实”有了全新的认识——眼见不必为实。




科学家通过将电信号传入一些人的大脑中,使他们看到了不存在的字母。根据研究显示,这项实验对视力正常和成年后失明的人均有效。尽管这项技术仍处于早期阶段,但这种植入设备在未来有望被用于刺激大脑,并在一定程度上恢复个体的视力。


被称为人工视觉的植入物会被放置在视觉皮层上,研究人员再通过刺激能追踪描述图形的电信号模式,受试者就可以由此“看到”图形。而更先进的版本类似于现在的耳蜗植入物,后者能通过电极刺激内耳神经,帮助增强佩戴者的听力。




| “重见光明”如何实现?


研究之所以能实现这一效果,主要是利用电流刺激大脑,使受试者产生了光幻视,该现象是指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。举个例子,当你在黑暗的房间里揉眼睛时,你可能看到过光幻视,这种现象通常被描述为“眼冒金星”。而研究就是用光幻视来创造这些字母。



研究人员在5名受试者的视觉皮质上放置了一系列电极,其中3人视力正常,2人失明。具体地说,这些电极位于大脑被称作V1的脑区,在这里,视网膜信息会被进行早期处理。试验中,视力正常的人为了治疗癫痫,已经接受过大脑植入电极的手术,目的是监测他们的大脑的癫痫活动。而盲人参加了另一项人工视觉的研究,并在那时植入了电极。


研究人员发现,如果一次激活一个电极,受试者确实能在其预测区域内看到一个光幻视(针尖状的光)出现。但是,如果多个电极同时工作,单个光幻视仍然存在,却并没有组合成有意义的图形。他们推测,我们的大脑能够追踪一个接一个出现的光幻视点组成的图案模式。



参考人工耳蜗使用的策略,研究人员发现他们可以在两个独立电极的位置之间产生光幻视,从而连接起两个电极。利用这项技术,作者在V1的表面可以画出字母形状,如“W”、“S”和“Z”;当然,这些形状必须上下颠倒,这是正常情况下视觉信息从眼睛到达视觉皮层的方式。

利用这一方法,受试者们真的可以看到被描绘的形状,并在触摸屏上准确地再现它们。在这项研究能够应用到人工视觉上之前,仍存在许多挑战,在未来,人工视觉可能需要包含成千上万个电极,而这项研究只使用了几十个,但确实给视障患者带来了新的希望。


| 现实与虚幻,物质与意识


近年来,关于脑机交互的技术不断发展,马斯克的脑机接口技术、人工耳蜗、瘫痪患者用大脑打游戏,这一切都是“脑洞大开”的产物。科技的不断发展也让这个词从对艺术作品、现实生活的幻想与想象逐渐过渡到在大脑与现实世界之间打开一个通道,让大脑与现实世界直接建立联系。


上世纪80年代,美国曾有科学家提出过一个假想:如果将一个大脑放在一个充满营养液的培养皿中,然后将大脑的神经末梢与一台超级计算机相连接。超级计算机通过电极向大脑输送信息,以使其保持完全正常的幻觉。对于大脑来说,它就像完全处于现实世界之中。这就是著名的“缸中之脑”。




既然五感都可以像程序一样被输入,就像3D电影给人们带来身临其境的感受一样,当触觉、味觉、嗅觉和听觉都可以被输入。就像科幻巨作《黑客帝国》,这类影片以及同类科幻小说,都深受“缸中人脑”之影响。




正是人们大胆想象并不断去实践,才让目前脑机交互领域研究不断发展,才让我们的生活愈加科技化。


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