植入电子生化眼,盲人或有希望重见光明

米卡·特霍(Miikka Terho)知道苹果和香蕉的区别。他可以告诉你苹果是圆的,吃在嘴里是甜的,咬起来很脆,而香蕉则长而弯曲,如果放的时间太长会变软。但是,如果要他不摸、不闻,也不品尝,就说出两种水果的区别,他就没有办法了。特霍是个完全失明的盲人。但是,在2008年的三个月里,他恢复了用视觉来区分苹果和香蕉的能力,这归功于研究人员植入到他左眼里的一个微芯片。尽管试用的时间很短暂,但这项新技术的初步成功,却永久地改变了特霍和其他很多盲人的境况。

特霍在芬兰一家体育奖学金组织工作,他患有色素性视网膜炎,这种遗传病破坏了视网膜上的感光细胞。16岁以前,他的视力还是正常的,但从那时起,他的夜间视力就开始衰退。20多岁时,他的日间视力也开始衰退。35岁时,特霍的左右眼都失去了中央视力(由视网膜中央的视锥细胞实现的视觉功能,负责精细的视觉)。40岁时,他只能用外围视力(由视网膜上的视杆细胞实现的视觉功能,负责感受光线强弱)感觉光线。

2008年11月,一切都发生了改变。德国图宾根大学的埃伯哈特·泽雷纳(Eberhart Zrenner)将一块芯片植入特霍的视网膜。这块芯片替代了视网膜损坏的感光细胞(即视杆细胞和视锥细胞)。在健康的视网膜中,感光细胞将光转化为电脉冲,后者穿过几层特化的组织,其中一层由双极细胞组成,最后到达大脑。芯片上有1 500个小方块,它们排列在一个约1平方厘米的网格上,每个小方块都含有一个光电二极管、放大器和电极。当光线照在一个光电二极管上时,就会产生微弱的电流,经过放大器增强后,传送到电极上,刺激附近的双极细胞产生信号,通过视神经传送到大脑。照射在光电二极管上的光线越多,产生的电流就越强。

植入视网膜的芯片为特霍打开了一扇面向世界的窗户,可以看见约1米外一张A4打印纸大小的范围。通过这扇窗户,特霍可以分辨出人和物体的基本外形和轮廓,尤其是在明暗反差强烈的时候。但是,植入芯片并没有足够的电极来产生清晰的图像。另外,通过芯片,他眼里只有灰色的东西,感觉不到色彩,因为芯片还不能区分不同光线的波长。

尽管有这些局限,在接受手术后的几天内,植入芯片还是戏剧性地改变了特霍与这个世界互动的方式。他10年来第一次能够看见和辨认一些物体,比如餐具和水果,读出大字体印刷的字母,向房间里的人打招呼,认出自己的亲人。另外两位大约在同一时间内接受芯片移植的患者,可以在阴暗的背景中找到明亮的物体。

3个月后,泽雷纳不得不取出了芯片,因为移植芯片后,患者很容易受到皮肤感染:患者体外挂着一个袖珍的电池组,通过一条穿透皮肤的电线,向眼睛里的芯片输送电能,这会在皮肤上留下开放的创口。此外,使用者必须要在计算机旁边,让计算机通过无线信号控制电脉冲的频率,还有视野的亮度和对比度。<!-- more -->

2008年以来,泽雷纳已经使植入芯片变得更安全和轻便。最新的芯片是无线的,到目前为止已经移植到了10个人的眼睛内。这种芯片有两个电磁线圈,一个埋藏在患者耳后的皮肤下,并伸出一根细细的电线,与视网膜上的芯片连接。另外一个电磁线圈放在一个小型塑料盒里,位于皮肤表面,靠近耳朵的地方。这样,两个线圈形成了一个完整的电路,向植入的芯片供电。通过旋转外部线圈上的按钮,病人可以调节视野的亮度和对比度。为了进一步改善技术,泽雷纳希望在一个视网膜上并排植入3个芯片,使病人有更大的视野。

尽管对于由感光细胞受损引起的失明患者(比如色素性视网膜炎、无脉络膜、黄斑变性等),人工感光器有所帮助,但对青光眼或者其他与视神经退化有关的病变则力有不逮。

另一个研究小组也在临床研究阶段初步取得了成功:美国加利福尼亚州第二视力(Second Sight)公司开发的视网膜植入设备Argus II也能治疗色素性视网膜炎,尽管使用的是不同的技术手段。Argus II并没有植入病人的视网膜内,而是通过安装在眼镜上的微型相机来捕捉图像,并将这些图像转换成电脉冲,传递给植入到视网膜表面的电极。与泽雷纳的植入芯片不同的是,Argus II并不能在视网膜上模拟由光波引起的生理反应,而是产生一幅由亮点和暗点拼成的图片,患者需要经过训练才会解读这些图片。

即使只是恢复灰度视力,也花费不菲。目前,一旦通过了完整的测试并获得审批,Argus II的安装费将会达到每只眼睛10万美元,而泽雷纳的视网膜植入芯片的价格也不会低于这个数。泽雷纳还必须进行额外的临床实验,才能让欧洲咨询委员会允许眼科医生使用这种芯片。Argus II已经获得了审批,可以在欧洲大部分地区进行销售,但在美国和其他国家还没有上市。不过,临床实验的初步成功和这项技术的改进速度表明,视网膜植入设备在不久之后将得到更广泛的运用。

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