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一种新的盲人植入物直接连接到大脑

研究人员设法不用眼睛，在大脑中安装了提供基本视力的植入物




“阿丽，”伯纳德塔·戈麦斯（Bernardeta Gomez）用他的母语西班牙语说道，指着一条粗黑线，沿着一条白纸板，与她保持一臂之遥。 “那里”。

对于一个57岁的女人来说，这并不是一个令人印象深刻的成就-只有戈麦斯（Gomez）是盲人。而且他已经有十多年没有见面了。当她42岁时，毒性视神经病变摧毁了连接戈麦斯眼睛与大脑的神经，她完全失去了视力。她甚至无法识别光线。

但是在经历了16年的黑暗之后，戈麦斯被提供了一个为期六个月的窗口，在此期间，她可以以非常低的分辨率看到由黄白色的点和图形表示的周围世界的外观。这要归功于带有微型相机的改进型眼镜。该设备连接到计算机，该计算机实时处理图片并将其转换为电信号。悬挂在天花板上的电缆将系统连接到内置在Gomez头部后部的连接器，该连接器连接到具有100个触点的植入物，并放置在大脑后部的视觉皮层中。


戴眼镜的贝尔纳·戈麦斯与相机。不幸的是，植入物已经从她的大脑中取出-这是一个临时装置，

在该装置的帮助下，戈麦斯杰出的吸顶灯是最简单的形式，可以打印在纸上和人身上。她甚至在计算机上玩了一个类似吃豆人的简单游戏，他直接将其投射到她的大脑中。在实验期间，每周四天，戈麦斯将她的目击者丈夫带到实验室，在那里她与系统相连。

2018年底，获得戈麦斯视野的第一刻是该大学神经工程系主任爱德华多·费尔南德斯（Eduardo Fernandez）进行的数十年研究的高潮。 Miguel Hernandez在西班牙埃尔切。他的目标是使全世界希望再次见到的3600万盲人恢复视力。费尔南德斯的方法特别有趣，因为他不使用眼睛和视神经。

进行了较早的研究，试图通过制造人造眼睛或视网膜来恢复视力。这种方法行之有效，但是在像戈麦斯这样的大多数盲人中，将视网膜连接到大脑后部的神经系统受到了损害。人工眼无法解决他们的失明问题。因此，在2015年，分别于2011年在欧洲和2013年在美国获得Second Sight的许可，该公司被许可出售用于治疗一种罕见疾病的色素性视网膜色素变性视网膜，从而将二十年的工作从视网膜转移到了大脑皮层。 Second Sight说，Argus II人工视网膜现在已有350多人使用。

在我上一次访问点缀满手的城市Elcho时，费尔南德斯告诉我，植入技术的突破和对人类视觉系统的深入了解使他能够自信地切换到直接与大脑合作。他说：“神经系统中的信息与电子设备中的信息没有什么不同。”

通过直接向大脑发送信号来恢复视力是一项艰巨的任务。但是，其基本原理已在人类的电子医疗植入物中使用了数十年。费尔南德斯解释说：“今天，有许多电子设备与人体相互作用。例如，起搏器。如果我们谈论感官的话，那我们就植入人工耳蜗。”


爱德华多·费尔南德斯（Eduardo Fernandez）

提到的最后一个设备是Fernandez为Gomez创建的假体的听觉版本：一个外部麦克风和一个处理系统，该系统将数字信号传输到位于内耳的植入物。植入物的电极将电流脉冲发送到附近的神经，大脑将其解释为声音。人工耳蜗于1961年首次引入患者体内，它使全世界超过半百万的人能够以日常方式正常交流。

“贝尔纳是我们的第一位患者，但是在过去的两年中，我们又植入了五名盲人，”一位名叫戈麦斯的戈尔梅斯说。 “我们对动物进行了类似的实验，但是猫或猴子无法解释它们所看到的东西。”

伯尔尼有能力。

参加这个实验需要勇气。要安装植入物，需要对身体进行手术，这通常是健康的-这始终是一种风险。然后，六个月后必须将其移除，因为假体未获批准可长期佩戴。

癫痫发作和


在我看到戈麦斯之前，我已经听见了她。她有女人的声音，比实际年龄小十岁。语音中的单词被称重，声音柔和，语调温暖，自信甚至均匀。

在实验室里看到她的时候，我注意到戈麦斯非常熟悉平面图，因此她几乎不需要在走廊和相邻房间周围走动的帮助。当我找她打招呼时，她的脸先朝错误的方向，直到我对她打招呼。当我帮她问候时，她的丈夫将她的刷子送给了我。

今天，戈麦斯（Gomez）到达脑部MRI，以评估其在植入物切除六个月后的状况（最后一切都很好）。她还会见了到达那里的第二位潜在患者，在我访问期间，她也在场。在某个时候，当费尔南德斯（Fernandez）解释设备如何与头骨连接时，戈麦斯打断了讨论，弯腰，将潜在患者的手按在他的颈背上，那里有一个金属连接器。如今，几乎没有港口证据。据她说，手术是如此轻松，以至于第二天她到达实验室进行连接并开始实验。从那时起，她就没有任何问题或痛苦。

戈麦斯很幸运。导致其成功植入的悠久的实验历史有好有坏。 1929年，德国神经病学家奥特弗里德·福斯特（OtfriedFörster）发现，他可以通过在手术过程中将电极插入大脑的视觉皮层，使白点出现在患者的视野中。他称这种现象为磷化氢。从那以后，NF小说的科学家和作者一直在想象假肢将相机和计算机连接到大脑的潜力。一些研究人员甚至创建了这种基本系统。

在2000年代初，当一个偏心的生物医学研究者William Dobel在实验患者的头部安装了类似的假体时，这一假设就变成了现实。

2002年，作家斯蒂芬·科特勒（Stephen Kotler）惊恐地看着多贝尔（Dobel）紧张起来，病人跌倒在地。事实证明，大脑不喜欢用太多电流刺激太强。多贝尔患者也有感染问题。但与此同时，多贝尔（Dobel）在广告上宣传了他的笨重设备，几乎可以将其用于日常使用，并在广告中补充了一个视频，视频中一名盲人缓慢而不确定地在封闭的停车场开着汽车。多贝尔（Dobel）在2004年去世后，他的假肢也留在了他的身边。

与声称要治疗失明症的多贝尔不同，费尔南德斯不断说诸如“我不想白白给你希望”和“我们希望我们得到一个适合使用的系统，但现在我们正在进行早期实验”之类的话。

但实际上Gomez能够看到。

钉子床


如果返回戈麦斯视力的基本想法很简单-我们将相机连接到通向大脑的视频电缆-那么其细节就不那么简单了。Fernandez和团队首先必须处理连接相机的问题。人体视网膜发出什么信号？为了回答这个问题，费尔南德斯从刚去世的人身上取下视网膜，将其连接到电极上，照在其上并测量电流。他的实验室与当地医院密切合作，有时有时晚上从那里打电话，报告了器官捐赠者的死亡。人体视网膜可以存活不超过七个小时。他的团队还使用机器学习将视网膜的电信号与简单的视觉图像进行匹配，这有助于他们编写自动模拟该过程的软件。

下一步是获取此信号并将其传递到大脑。在费尔南德斯（Fernandez）为戈麦斯（Gomez）制造的假体中，电缆连接到众所周知的方案 “ 犹他州阵列 ” 的植入物，该植入物的大小近似于AAA电池正极上的一个小点。从那里伸出100毫米高的锋利电极-一切看起来像钉子床。每个电极将电流传递给几个神经元，从一到四个。当安装植入物时，电极会刺穿大脑表面。去除后，孔中会形成100滴细小血液。



费尔南德斯需要一次校准一个电极，然后以逐渐增加的电压向它们发送信号，直到戈麦斯说出他在何时何处看到了磷烯。整整一百个电极的校准花费了一个多月的时间。

“我们方法的优点是阵列的电极进入大脑并靠近神经元，” Fernandez说。与Dobel系统相比，这允许植入物使用低得多的电流提供视觉，从而大大降低了癫痫发作的风险。

假体的最大缺点-以及为什么戈麦斯不能在假体上行走超过六个月的主要原因-没有人知道在植入物或使用者的大脑开始退化之前电极可以存在多长时间。费尔南德斯说：“人体的免疫系统开始分解电极，并用疤痕组织围绕它们，这削弱了信号。”还有在人体运动过程中弯曲电极的问题。通过对动物的实验和使用Gomez假体的早期结果来判断，他怀疑当前的方案可能会持续两到三年，甚至可能长达十年，然后才失败。费尔南德斯（Fernandez）希望，进行一些小的修改就可以将这段时间延长数十年-这对于需要手术干预的医疗设备至关重要。

最终，假肢就像人工耳蜗一样，将需要通过颅骨无线传输信号和能量。但是就目前而言，对于实验而言，假体是通过电缆连接的，这为在停止某种操作方案之前更新设备提供了更多的机会。

分辨率为10x10像素（戈麦斯植入物的最大潜力），人们可以区分字母，门口或人行道等基本形式。随着面部轮廓，尤其是人脸的细节，它变得越来越复杂。因此，费尔南德斯为他的系统提供了模式识别程序，该程序可确定一个人的性格并将磷化氢模式发送给她学会识别的戈麦斯大脑。

费尔南德斯在技术演示的一张幻灯片上写道，“视觉是可能的”，分辨率为25x25像素。而且由于在当前版本中，犹他州的阵列是如此之小，所需的能量也很少，费尔南德斯说，没有任何技术限制可以阻止他的团队从大脑的不同侧面安装四到六个植入物，从而可以以60x60像素或更高的分辨率提供视觉效果。然而，没有人知道以这种方式从这种设备中获得的信息可以被大脑吸收而不会产生过载。

它是什么样子的



费尔南德斯（Fernandez）和他的研究生用连接到计算机的原型相机，

戈麦斯（Gomez）告诉我，如果她有选择的话，她将离开植入物，并将成为更新版本的第一人。费尔南德斯完成对阵列的分析后，戈麦斯计划将其放在框架中并悬挂在客厅的墙上。

在Fernandez的实验室中，他让我连接到他用来研究患者的非侵入性设备。

我坐在去年Gomez在一次突破性实验中使用的同一把皮椅上，我感到神经科学家是如何将一根带有两个环的魔杖按在我头上的。该设备称为“蝶形线圈”，与一个盒子相连，盒子使用强大的电磁脉冲来激发大脑中的神经元。这种现象称为经颅磁刺激。第一冲动就像是对头皮的电击。手指不由自主地钻入手掌。 “看，行得通！” -嘲笑戈麦斯。 “这是您的运动皮层。现在，让我们尝试将您称为磷烯。”

神经生物学家改变了魔杖的位置，并调整了机器以快速重复脉冲。这次，开始之后，我感到头顶发麻，好像有人在用我的头骨作为门环。然后，尽管我睁开了眼睛，但我看到了一些奇怪的东西：一条明亮的水平线在我的视野中心闪烁，以及两个发光的三角形，在没有信号的情况下在电视上充满了类似图像的图像。图像消失的速度与出现的速度一样，仅留下一点余辉。

费尔南德斯说：“伯尔尼可以看到的差不多。” 只要信号进入大脑，只有她对世界的“视野”保持稳定。她也可以转过头，戴着眼镜环顾整个房间。我只看到受电刺激的大脑内部幻影。戈麦斯16年来第一次能够接触到她所寻找的世界。

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