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视觉皮层假体的未来:能否超越人眼的极限?

   时间:2024-12-02 09:11:11 来源:ITBEAR图源:钛媒体APP编辑:瑞雪 发表评论无障碍通道

在探讨视力恢复技术的最新进展时,海伦·凯勒关于“假如给我三天光明”的深刻思考再次引起了人们的共鸣。对于全球至少22亿视力受损或失明的人来说,视觉皮层恢复技术的发展无疑带来了一线希望。然而,这一领域依然面临诸多挑战,尤其是如何准确预测和评估视力恢复效果。

近年来,随着视觉皮层假体的研究不断深入,三项临床试验正在进行中,分别使用表面电极和深部电极技术。然而,尽管这些试验取得了一定进展,但对于植入后视力能恢复到何种程度,科学家们仍然无法给出确切的答案。神经植入领域在很大程度上依赖直觉和经验,这可能导致直观谬误,影响治疗效果。

为了克服这一难题,华盛顿大学的Ione Fine和Geoffrey M. Boynton在《Scientific Reports》上发表了一项研究,他们提出了一种基于视觉皮层(V1)神经生理结构的“虚拟患者”模型。该模型能够成功预测参与者在广泛的人类皮层刺激研究中所产生的感知体验,从而在视觉皮层假体植入前对其效果进行预测。

研究团队发现,更多的、更小的电极并不一定能带来更好的视力恢复效果。相反,感知质量可能更多地受制于视觉皮层的神经生理组织,而非技术限制。这一发现挑战了传统观念,为未来的视力恢复技术研究提供了新的方向。

目前,全球正在开发多种视力恢复技术,包括视网膜电子植入物、光遗传学、基因治疗以及视网膜上皮和干细胞移植等。然而,这些疗法主要关注视网膜的干预,对于视网膜脱离或视神经不可逆损伤的情况则束手无策。因此,通过修复大脑皮层视觉中枢来恢复视力的方法备受关注。

Ione Fine团队的研究为这一领域带来了新的突破。他们通过建立基于V1区神经生理结构的计算模型,成功预测了多种皮层刺激数据,包括电刺激所引起的人类感知的位置、大小和亮度等。这一模型不仅在数学原理上简洁明了,而且未经复杂的参数调整,就展现出了强大的预测能力。

研究团队进一步解释了光幻视阈值和亮度如何随电刺激时间特性变化,以及光幻视大小与电流幅度和视觉场偏心率的关系。他们还通过模拟不同电极阵列配置下的感知结果,揭示了电极数量和大小对视力恢复效果的影响。这些发现为未来的视力恢复技术研究提供了重要的理论依据。

尽管“虚拟患者”模型在预测视力恢复效果方面展现出了巨大的潜力,但它仍存在一定的局限性。例如,模型目前仅使用电流幅度作为输入参数,而更准确的方法应该是使用电流密度。模型还假设电极与皮层表面齐平,这在实际操作中可能难以实现。因此,未来的研究需要进一步优化和完善这一模型。

尽管如此,“虚拟患者”模型的出现仍然为视力恢复技术的发展带来了新的希望。它不仅能够解决植入物在植入前无法预测感知体验的问题,还能够揭示传统直觉可能带来的误区。随着研究的不断深入和完善,相信这一模型将在未来发挥更加重要的作用,为更多视力受损或失明的人带来光明。

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