科学周刊|新研发的视觉假体为失明患者带来福音 未来或将有“超级视觉”

近日，中国科学家在《科学》（Science）杂志上线的最新研究成果，借助脑机接口等技术，成功研发出全球首款具有超宽光谱响应能力的视觉假体。新一代视觉假体不仅使失明动物恢复可见光视力，还可扩展其视觉功能，这为失明患者复明提供了新可能。

这项技术的基本原理是什么？像给眼睛换了一个新电池？或者类似太阳能板把光变成电信号？什么时候能用于人类呢？未来会不会有“超级视觉”？

近日，华商报大风新闻记者专访了西安市中心医院眼科主任，西安市科协第九届委员会常务委员，西北大学、延安大学及西安医学院硕士研究生导师，空军军医大学医学博士杜兆江。

》》最新成果

复旦科学家借助脑机接口使失明动物恢复光视觉能力

近日，中国科学家在《科学》（Science）杂志上线的最新研究成果，借助脑机接口等技术，成功研发出全球首款具有超宽光谱响应能力的视觉假体。新一代视觉假体不仅使失明动物恢复可见光视力，还可扩展其视觉功能，这为失明患者复明提供了新可能。

这是我国研究人员在视觉假体领域取得重大突破。上述科研成果由复旦大学集成电路与微纳电子创新学院周鹏/王水源团队、脑科学研究院张嘉漪/颜彪团队联合中国科学院上海技术物理研究所胡伟达团队合作完成。研究题为《碲纳米线视网膜假体增强失明视觉》（“Tellirium Nanowire Retinal Nanoprosthesis Improves Vision in Models of Blindness”）。

这款基于碲纳米线网络（TeNWNs）的视网膜假体，光谱覆盖范围从可见光（470nm）延伸至近红外二区（1550nm），远超人类天然视觉（380-780nm）。

该技术无需依赖任何外部设备即可工作。当这片薄如蝉翼、指甲盖大小的假体植入失明小鼠的眼底后，它能高效地将接收到的光信号转化为电信号，直接激活视网膜上尚存的神经细胞，成功使模型恢复了对可见光的感知能力。

这项新技术不仅规避了侵入性脑部手术的风险，更突破了人类视觉的生理极限。除了修复可见光视觉，该假体还能让使用者感知红外光，精确定位如940nm和1550nm的红外光源，实现视觉功能的拓展，研究人员形象地称之为“增强版复明”。

科研团队在非人灵长类动物（食蟹猴）模型上的实验也验证了该假体的有效性。植入半年后，动物模型均未观察到任何不良排异反应，这为后续推进临床应用转化奠定了重要基础。目前，团队已着手深入研究视觉假体与视网膜的高效耦合机制。

不过，科研团队也表示，考虑到目前医学伦理的限制，研究暂时不会进入临床试验阶段。

近年来，全球脑机接口技术飞速发展，吸引了大量科技公司、医疗机构、学术研究机构和政府部门的高度关注。

基于脑机接口的技术流程，脑机接口行业形成了完整的产业链。上游包括，脑电采集设备（如非侵入式电极和侵入式微电极）、脑机接口芯片、处理计算机/数据集和处理算法、操作系统级分析软件和外部嵌套等；中游主要包括，脑机接口产品提供商；下游则包括，医疗、消费电子、游戏娱乐、智能家居、机器人等各种应用领域。

》》专家问答

可以感知人眼不能辨识的红外光

华商报：这项技术的基本原理是什么？像给眼睛换了一个新电池？或者类似太阳能板把光变成电信号？

杜兆江：人工视网膜的基本原理是通过在视网膜下植入可以将光信号转换为电信号的视网膜假体，刺激视神经产生视觉信号，向视觉中枢传递信息，进而产生视觉感知能力。中国科学家最近在《科学》（Science）杂志发表的最新研究成果不同于以往的视觉假体，它的主要优点是不需要内置电源，也不需要外置集成摄像头等辅助设备，而是直接在视网膜内植入一个碲纳米线视网膜假体（TeNWNs）就可以将光信号转化为电信号，同时视觉假体可感知的光谱得到极大拓宽，可以感知从人眼可辨识的可见光到人眼不能辨识的红外光。

华商报：这个“视觉假体”是怎么工作的？它为什么能代替坏掉的视网膜细胞？植入后怎么让大脑“看见”光？

杜兆江：这个视觉假体的主要工作原理是植入视网膜内，代替原来坏死或者失去功能的视细胞，将光信号转化为电信号，与视网膜上存活的双极细胞和视神经节细胞产生联系，刺激视神经节细胞产生动作电位，进而将感知的视觉信息通过视神经向大脑中枢传递，使盲人获得视觉感知能力。

动物试验通过视觉行为表现获结论

华商报：在小鼠和猴子实验里，它们是怎么表现出“恢复视力”的？

杜兆江：小鼠和猴子这些实验动物虽然没法自己配合检测视力，但是科学家是有办法检测到这些动物的视觉感知能力的。一是通过视觉行为表现，比如瞳孔对光反射的灵敏度，或者在特殊环境下的行为表现，可以粗略判断动物是否具有视力；二是通过视觉电生理检查，比如视网膜电图、视觉诱发电位等的振幅、频率变化，可以判断有没有视觉信息产生；第三就是通过一些生物标记物比如荧光素钠等观察神经细胞的电活动，也能证明动物是否具有视觉感知能力。

华商报：这个技术安全吗？植入大脑的设备长期使用安全吗？会不会损伤大脑组织？会不会有感染或排异风险？

杜兆江：这个视网膜假体是不需要在大脑或者颅内视觉中枢植入任何东西的，只需要在视网膜内植入一个视觉假体就可以产生视觉信息了。通过前期的体外实验和动物实验表明，这个过程是比较安全的，方法也是切实有效的。当然任何植入物进入人体都可能产生排斥反应，这个是不能完全避免的。

新成果简便易行 无需内置电源

华商报：与现有的“人工视网膜”技术比，这个的技术新突破在哪里？

杜兆江：人工视网膜的研究已经有几十年的历史了，也有一些已经应用于临床研究，之前的人工视网膜结构相对比较复杂，需要视网膜内植入假体，同时还需要内置电源，外置集成摄像头等辅助设备，有些还需要在视觉中枢植入电极，总体而言比较复杂，而且显得笨重不方便。而这一方法简便易行，不需要内置电源，也不需要外置集成摄像头等辅助设备，而是直接在视网膜内植入一个碲纳米线视网膜假体（TeNWNs）就可以将光信号转化为电信号，同时视觉假体可感知的光谱得到极大拓宽，可以感知从人眼可辨识的可见光到人眼不能辨识的红外光。

要进入临床试验还需要反复验证

华商报：这项研究目前处于什么阶段？什么时候能用于人类呢？现在还不能做临床试验，主要障碍是技术问题还是医学伦理问题？

杜兆江：根据目前文章发表的数据和结论，现在这项研究还处在动物实验研究阶段，暂时还没有临床实验的数据报道。要进入临床试验，还需要进一步在动物实验中反复验证有效性和安全性，还需要通过严格的医学伦理学审核报备。

华商报：如果未来普及，所有视障人士都能用吗？还是只针对某类眼病？与普通人看世界相比有什么区别？会更“模糊”还是更“直接”？

杜兆江：这一款人工视网膜或者叫视网膜假体并不是适用于所有盲人的，它主要应用于视细胞失去功能、但双极细胞和神经节细胞还具有功能的这一类盲人。部分视网膜色素变性的盲人也可以使用。人工视觉与自然视觉目前还无法相提并论，视觉质量、精细辨识度、色觉等都无法和正常的视觉相比，但是它也有优点，比如可以识别我们正常眼睛无法辨识的红外光谱。

“超级视觉”在未来将成可能

华商报：如果未来普及，普通人有可能用它“增强视觉”吗？

杜兆江：目前人工视觉的研究还主要集中在恢复部分盲人的视力方面，研究目的是提升视觉障碍人群的生活质量，还没有涉及到为普通人群增加视觉超能力。但是随着研究的深入和技术的发展，有可能会出现具有增视功能的AI辅助设备，可能会用于一些特殊工作领域或者战场环境。

华商报：未来会不会有“超级视觉”，比如夜视能力？

杜兆江：这个技术会增加对红外光的辨识能力，目前的研究水平还不足以赋予人类超级视觉，未来是有这个可能性的，具有超级视觉的人可能就是未来的一类超人。

华商报：脑机接口技术还能帮助哪些人群？

杜兆江：脑机接口技术是目前医工结合领域的一个热点研究方向，这一技术的进展可能给人类生活、医学理论和实践等带来革命性的变化，用好了会造福人类，尤其改善很多残疾人群的生活质量，但是如果用不好，也可能给人类带来负面影响甚至是灾难。

》》专家简介

杜兆江 西安市中心医院眼科主任，西安市科协第九届委员会常务委员，主任医师，西北大学、延安大学及西安医学院硕士研究生导师，空军军医大学（第四军医大学）医学博士，日本大阪大学博士后，援非军医，全国综合防控儿童青少年近视专家宣讲团专家，陕西省综合防控儿童青少年近视专家团副团长，陕西省首届健康教育教学指导专委会副主任委员，陕西省儿童青少年“明眸皓齿”行动技术指导专家组成员，陕西省科普作家协会常务理事，西安市科普讲师团首批讲师。2023年度陕西省学雷锋志愿服务“4个最美（佳）”先进典型最美志愿者，2022年度陕西省“典赞·科普三秦活动”十大年度科普人物，2021年度全国学雷锋志愿服务“四个100”先进典型最美志愿者。

华商报大风新闻记者 任婷

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