編者按：往大腦中植入電子設(shè)備已經(jīng)不再是科幻情節(jié)，各項技術(shù)和案例漸漸來到了現(xiàn)實，而人工視覺，就是大腦植入物的下一個方向。
不光馬斯克的腦機(jī)接口公司 Neuralink，世界各地的研究所和公司都在進(jìn)行相關(guān)的實驗，通過大腦植入物，為視障人士提供視覺。
這些技術(shù)都很類似：跳過眼球和視神經(jīng)，直接通過電極向大腦發(fā)射視覺信號。
雖然目前這項技術(shù)還在早期階段，視覺成像質(zhì)量還比較粗糙，但無疑還是為視障人士群體帶去了「光明」。
以下是編譯后的內(nèi)容：
▲ Berna Gomez，西班牙埃爾切米蓋爾 · 埃爾南德斯大學(xué)視覺設(shè)備研究的一位志愿者
跳過眼睛，重現(xiàn)光明
Brian Bussard 的大腦中有 25 個微小的芯片。
這些芯片于 2022 年 2 月安裝，是一套為失明人士提供基本視力的無線設(shè)備，Bussard 是這些設(shè)備測試的首位參與者。
56 歲的 Bussard 在 17 歲時因視網(wǎng)膜脫落失去了左眼視力，2016 年也因失去右眼視力而完全失明，「這是我經(jīng)歷過最艱難的事情」，他說，最終他適應(yīng)了如何在黑暗中生存。
2021 年，Bussard 聽說了芝加哥伊利諾伊理工學(xué)院的視覺假體實驗。研究人員警告他說，該設(shè)備是實驗性的，視覺能力也不太可能恢復(fù)到以前的水平。
盡管如此，Bussard 還是選擇了報名?，F(xiàn)在 Bussard 靠這 25 個小芯片，獲得了非常有限的視力，通過白色和彩虹色圓點(diǎn)來感知外界的人和物體，他形容：
就像雷達(dá)屏幕上的閃光。
▲Brian Bussard
Bussard 是世界上為數(shù)不多冒著腦部手術(shù)的風(fēng)險獲得視覺假體的視障人士。類似的實驗也在西班牙的埃爾切米蓋爾 · 埃爾南德斯大學(xué)進(jìn)行，這所大學(xué)的研究人員為四個人植入了類似的系統(tǒng)。
要理解這些電子設(shè)備如何為視障人士帶去光明，需要先理解眼球成像的原理。
當(dāng)光線進(jìn)入眼球時，它首先穿過角膜和晶狀體，即眼睛的外層和中間層，當(dāng)光線到達(dá)眼睛后部的視網(wǎng)膜時，被稱為光感受器的細(xì)胞將其轉(zhuǎn)換為電信號，再通過視神經(jīng)傳播到大腦，大腦就將這些電信號解析為看到的圖像。
大部分視障發(fā)生的原因，都是視網(wǎng)膜或視神經(jīng)的損壞，導(dǎo)致眼睛無法與大腦正常交流。
而植入物的原理，正是完全繞過眼睛和視神經(jīng)，將信息直接發(fā)送給大腦，因此理論上說，通過植入物有可能解決任何失明的原因，無論是眼病還是外傷。
負(fù)責(zé)與眼睛交流，處理眼球發(fā)送信息的特定大腦區(qū)域稱為視覺皮層，位于頭部后部，為植入電子設(shè)備提供了便利。
▲ 伊利諾伊州理工學(xué)院實驗團(tuán)隊發(fā)布的原理圖
為了將 25 塊芯片植入 Bussard 的大腦，外科醫(yī)生進(jìn)行了常規(guī)的開顱手術(shù)，切去了他的一塊頭骨。
這 25 塊芯片實際上是小型化的刺激器，可以發(fā)出溫和的電流，每個芯片的大小約等于一個鉛筆橡皮擦，包含 16 個比頭發(fā)絲還細(xì)的微小電極，每個電極都可以單獨(dú)控制，Bussard 腦中一共有 400 個植入的電極。
而一副安裝在眼鏡上的攝像頭將會為 Bussard 捕捉周圍的環(huán)境，捕捉的圖像將使用特殊軟件進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為與植入芯片網(wǎng)絡(luò)通信的命令，從而啟動特定的電極來刺激神經(jīng)元。
通過這種刺激，神經(jīng)元會產(chǎn)生一種被稱為「光幻視」（phosphenes）的視覺感知，看起來像光點(diǎn)。而在這個過程中，光線從來沒有真正到達(dá)過眼睛。
由于這些電極只聚集在視覺皮層的一個區(qū)域，因此 Bussard 只能在視野范圍的左下角看見「光幻視」。雖然整體效果和完全的恢復(fù)視覺還相去甚遠(yuǎn)，但這些「光幻視」已經(jīng)足夠提高 Bussard 在房間里導(dǎo)航和執(zhí)行基本任務(wù)的能力，他現(xiàn)在可以從放在桌上的四個物體中挑出一個盤子。
在埃爾切米蓋爾 · 埃爾南德斯大學(xué)的研究中，實驗者只安裝了包含 100 個電極的植入裝置，而實驗的領(lǐng)導(dǎo)者 Eduardo Fernández 表示，四名志愿者都能夠識別線條、形狀和簡單的字母。
Fernández 表示，比起「視覺恢復(fù)」，這項技術(shù)目前的目標(biāo)是改善視障人士的定向和活動能力。他指出，一名志愿者已經(jīng)能夠在 VR 屏幕跑步機(jī)中避開障礙物。
因此，F(xiàn)ernández 希望在未來能夠添加更多的電極，增加光幻視的數(shù)量，形成更詳細(xì)的圖像。
匹茲堡大學(xué)眼科助理教授 Xing Chen 也贊同這個觀點(diǎn)，她認(rèn)為，如果要恢復(fù)視力，將需要植入數(shù)百到數(shù)千個電極。
而 Bussard 實驗的領(lǐng)導(dǎo)者 Philip Troyk 認(rèn)為，重要的不是電極數(shù)量，而是電極植入的位置，在視覺皮層上更分布式地植入電極會產(chǎn)生更多的光點(diǎn)，不過，這意味著更深入的手術(shù)。
信心滿滿的馬斯克
馬斯克在上個月也宣布，其旗下的腦機(jī)接口公司 Neuralink 下一步計劃是「Blindsight」產(chǎn)品的開發(fā)，據(jù)悉，這款產(chǎn)品和 Bussard 正在使用的方案類似，完全繞過眼睛和視神經(jīng)，直接向大腦發(fā)送視覺信息。
馬斯克對 Blindsight 很有信心。三月份，馬斯克在 X 上表示，Blindsight 已經(jīng)在猴子上運(yùn)行了（他補(bǔ)充，沒有一只猴子在這個過程中死亡或重傷）。
他還表示，雖然在目前的早期階段，生成的視覺分辨率會很低，但最終可能會超過正常的人類視覺。
在更早之前的 2022 年 11 月，馬斯克也曾聲稱，即使是先天失明、從未有過視力之人，他們也有信心可以讓他恢復(fù)視力。
除了馬斯克，也有不少市場上的公司在研發(fā)類似的設(shè)備?？偛吭诿绹又莸?Cortigent 就在研究一個名為 Orion 的類似大腦植入設(shè)備，已經(jīng)用于六名視障人士。
▲ Cortigent 與 Orion 設(shè)備
光明之路道阻且長
對于目前的技術(shù)和研究水平而言，這項技術(shù)還處在非常早期的階段，還有大量的挑戰(zhàn)需要面對。
第一個挑戰(zhàn)就是，植入物需要根據(jù)每位植入者進(jìn)行定制。每個人的視覺皮層都略有不同，因此電極植入的位置、產(chǎn)生多大的電流都需要進(jìn)行實驗和定制。
由于要對大腦進(jìn)行電擊，實驗人員對電流的大小非常謹(jǐn)慎。如果電流太大，很容易產(chǎn)生癲癇發(fā)作、疼痛和腦組織損傷的副作用，如果電流太小，也不能取得理想的成像效果。
另一個障礙是植入設(shè)備的使用壽命。匹茲堡和西班牙的實驗中，研究人員使用了一種由 100 個微小硅針組成的方形網(wǎng)格，每根針的尖端都有一個電極。
這個方案可以持續(xù)數(shù)月到數(shù)年，但一旦植入物周圍形成疤痕組織，并干擾這個設(shè)備從附近的神經(jīng)元接收信號時，這個設(shè)備可能會停止工作。
而 Neuralink 正在開發(fā)更小、更靈活的電極，可以穿透大腦。Neralink 目前的裝置將會置于頭骨中，通過細(xì)細(xì)的線狀電極延伸到腦組織中。
Chen 對這種想法表示認(rèn)可，認(rèn)為較軟的電極有可能延長植入物的壽命，但實際如何還有待觀察。
而失明的持續(xù)時間是否會影響這些設(shè)備的工作情況也值得討論。西班牙研究的其中一位參與者失明了 16 年，而 Bussard 完全失明 6 年。
Chen 認(rèn)為，越早干預(yù)越好，因為經(jīng)過多年的失明，視覺系統(tǒng)會退化，不過還是需要系統(tǒng)研究和證明。
而對于馬斯克為先天失明人士恢復(fù)視力的言論，西班牙的 Fernández 不太確定是否可能，因為這從未試驗過。而且從理論上講，先天失明的人從未使用過大腦的視覺皮層處理視覺信息，而一個正常的視覺皮層是目前這些植入物正常工作的重要前提。
▲伊利諾伊理工學(xué)院的團(tuán)隊在對設(shè)備進(jìn)行實驗
目前而言，Bussard 只能在實驗室中使用視覺植入物，因為研究人員可以控制刺激，不過研究人員也正在開發(fā)移動系統(tǒng)讓未來的參與者可以在家中使用。
而在西班牙的研究中，參與者只會植入這些設(shè)備六個月，而后將會被移除。
目前這項技術(shù)還處在非常早期的階段，距離「恢復(fù)視力」還有很長的距離，不過 Bussard 實驗的 Troyk 和馬斯克都認(rèn)為，這種實驗的目的不僅僅是「恢復(fù)視力」，更是去探究人工視覺的可能性。
Bussard 知道自己在有生之年無法從這個實驗中受益太多，但他說：
我這樣做是為了子孫后代。