人工視網(wǎng)膜技術(shù)原理及應用概述

如果用數碼相機來(lái)做類(lèi)比，人眼的角膜和晶狀體就相當于鏡頭，眼球后方的視網(wǎng)膜是感光器件，視神經(jīng)等同于連接感光器件和存儲卡之間的線(xiàn)路，而大腦后部的視覺(jué)皮層則是存儲卡和后期處理軟件。色素性視網(wǎng)膜炎或老年性黃斑變性這樣的疾病會(huì )讓視網(wǎng)膜失去功能，讓這部相機無(wú)法感知任何圖像;而美國的第二視覺(jué)(Second Sight)公司，正在嘗試用電子器件替換失去功能的視網(wǎng)膜，幫助這些患者重新獲得基本的視覺(jué)。

這種技術(shù)，就是人工視網(wǎng)膜技術(shù)。它和人工耳蝸的原理類(lèi)似—使用電流刺激依然完好的神經(jīng)，讓大腦能夠接收到信號并認為感官依然在正常工作。在過(guò)去的20多年里，已經(jīng)有數十萬(wàn)人通過(guò)人工耳蝸獲得了聽(tīng)力，但是人工視網(wǎng)膜的進(jìn)展卻有些停滯不前。

這是因為視覺(jué)系統復雜得多。我們所獲取的信息中，有大約80%來(lái)自于視覺(jué)。人們至今也無(wú)法制造出性能堪比人眼的照相機，而感光細胞和視神經(jīng)之間的精確對應關(guān)系也還是個(gè)謎。再考慮到技術(shù)的限制—人工視網(wǎng)膜芯片的大小一般只有數平方毫米，厚度只有不到100微米—想獲得如人眼般精確的視覺(jué)，是相當困難的事情。

雖然早在1924年，人們就已經(jīng)發(fā)現使用電刺激作用于視覺(jué)皮層時(shí)會(huì )產(chǎn)生幻視覺(jué)，但是直到1967年，植入視覺(jué)皮層的人工視覺(jué)裝置才被開(kāi)發(fā)出來(lái)。但是，這種方式產(chǎn)生的視覺(jué)質(zhì)量很差，對這一領(lǐng)域的研究也開(kāi)始逐漸由視覺(jué)皮層植入轉向視網(wǎng)膜植入。在過(guò)去的30年里，許多研究機構和廠(chǎng)商都投入到這一領(lǐng)域當中，研究思路也分成了兩類(lèi)：視網(wǎng)膜下植入和視網(wǎng)膜外植入技術(shù)。

視網(wǎng)膜下植入技術(shù)是將芯片植入到視網(wǎng)膜神經(jīng)感覺(jué)上皮和色素上皮之間的區域，代替光感細胞感受光照，直接利用視網(wǎng)膜本身的編碼和解碼機制來(lái)將電信號轉化成視覺(jué)。它依然利用患者自身的“鏡頭”，就像是為數碼相機換一塊感光器件一樣。這種技術(shù)需要外接供能單元，手術(shù)難度高，使用范圍較小，但是不用外掛一部攝像機。視網(wǎng)膜下植入技術(shù)的主要研究者有芝加哥大學(xué)Alan Chow的研究小組和德國圖賓根大學(xué)的Eberhart Zrenner小組等。圖賓根大學(xué)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了這種設備的原型，它有1500個(gè)電極，用耳后的無(wú)線(xiàn)電源供電，而且該小組已經(jīng)進(jìn)行了十例植入試驗。

而視網(wǎng)膜外植入技術(shù)則是將電極陣列緊貼于視網(wǎng)膜外表面，用眼外傳來(lái)的信號直接刺激神經(jīng)細胞，相當于完全替換了鏡頭和感光器件。這一領(lǐng)域的主要研究者有德國波昂大學(xué)、美國霍普金斯大學(xué)、麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)，以及南加州大學(xué)的多漢尼(Doheny)眼科研究所。第二視覺(jué)公司的人造視網(wǎng)膜技術(shù)，就是在多漢尼研究所的基礎上開(kāi)發(fā)的。

1998年，Robert Greenberg博士和Sam Williams一起創(chuàng )建了第二視覺(jué)公司。Sam自己就是一位色素性視網(wǎng)膜炎的患者，對這一領(lǐng)域的公共研究喪失了信心，所以決定自己開(kāi)發(fā)能投入商業(yè)化的人工視網(wǎng)膜設備。Sam于2009年去世，沒(méi)有來(lái)得及等到自己目標實(shí)現的那天。但是他的遺產(chǎn)將會(huì )造福許多人。

Argus是希臘神話(huà)中百眼巨人的名字。以它為名的人造視網(wǎng)膜系統由一個(gè)小攝像頭、一部微型計算機和一些無(wú)線(xiàn)通訊工具組成。2002年，在南加州大學(xué)多漢尼眼科研究所一項發(fā)明的激勵下，Argus I被開(kāi)發(fā)出來(lái)，它有16個(gè)電極。在2002到2004年間，共進(jìn)行了6例試驗性的植入手術(shù)。這些患者擁有了簡(jiǎn)單的光感，能判斷物體的移動(dòng)，能從背景里分辨出物體。

對于這類(lèi)技術(shù)來(lái)說(shuō)，擁有越多的電極，就能看到更多的點(diǎn)?，F在的Argus II有了60個(gè)電極。從2006年至今，它已經(jīng)讓40名患者重新獲得了基本的視力，其中一些人已經(jīng)能夠區分物體、形狀，甚至閱讀大字印刷的印刷品。雖然使用者需要經(jīng)過(guò)一定程度的訓練才會(huì )理解視野里的光點(diǎn)意味著(zhù)什么，但是總比在漆黑的世界里摸索要好。

Argus II不是治療失明的方法，而只是治療一些特定視網(wǎng)膜疾病的方法。據世界衛生署組織的統計，全球視障人口超過(guò)4500萬(wàn)，平均每5秒就有1人病情惡化，估計到2020年，視障人口將增加到7600萬(wàn)人;而隨著(zhù)人口老齡化趨勢的發(fā)展，老年性黃斑變性患者的數量也會(huì )增加。Argus II能夠做到的，只是幫助這些患者獲得更好的生活質(zhì)量。

這種人工視網(wǎng)膜將會(huì )在倫敦、曼徹斯特、巴黎和日內瓦的醫院開(kāi)始首批試用，而一旦獲得美國食品與藥物管理局的許可，也會(huì )在美國出售。第二視覺(jué)公司希望在第一年里能夠賣(mài)出100個(gè)植入設備，每個(gè)標價(jià)10萬(wàn)美金。“雖然這個(gè)價(jià)格看起來(lái)有點(diǎn)高，”Greenberg博士說(shuō)，“但是，這其實(shí)與第一個(gè)人工耳蝸的價(jià)格差不多。”他希望Argus II能夠被納入政府的補助計劃，這樣價(jià)格將會(huì )變得更容易接受。

目前，這家公司已經(jīng)在美國申請了76項專(zhuān)利?，F在他們已經(jīng)準備好了Argus III的動(dòng)物實(shí)驗，新一代的人工視網(wǎng)膜將會(huì )擁有數百個(gè)電極。

雖然現在的Argus只能讓人們看到一些光點(diǎn)，但是它的前途將不可限量。剛推向市場(chǎng)的技術(shù)并不會(huì )是最終版，這些光點(diǎn)已經(jīng)顯現出了希望的光芒。