对于我们大多数人来说,“眼睛”是“视线”的代名词:无论我们的眼睛捕获,我们都感到察觉。

然而,在引擎盖下,眼睛只是信息继电器中的第一步,它将光子传输到理解。眼睛中的光敏细胞以精致的细节捕获我们的世界,将光子信号转换成电气。当这些电脉冲沿着视神经行进到视觉皮质中时,信号被转换为越来越复杂的感知 - 从“看到”线来形状到对象的一部分到完整场景。

从某种意义上说,我们的眼睛是复杂的相机;这大脑的视觉皮层运行告诉我们的软件什么我们看到了。伤害皮质,一个人不再认为他“看到”世界,即使是完美的眼睛。

逆转怎么样?如果您通过电刺激其神经元直接将场景进行进入视觉皮质,是我们的生物相机甚至是必要的?

在一个初步研究介绍神经科学会议协会本月早些时候,一支球队制定了一种恰当的视野假肢。这里,该团队在视觉皮层中使用植入的电极阵列,直接将视觉信息输入到受年龄或疾病损坏的脑旁路。

通过顺序激活电极系统地“绘制”字母的形状,该团队表明盲人患者可能在没有任何先前的训练的情况下辨别简单的形状。

“作为人类的愿景是我们最重要的意义。它占有四分之一的大脑......而且丧失视力是毁灭性的,“贝勒医学院迈克尔·贝斯博士博士说。

他说,梦想是建立视觉皮质假肢,将图像从相机传输到大脑中。

磷烯“像素”

愿景似乎是神秘的,但从根本上讲这是关于专用信息高速公路和处理器- 在视觉皮层中的场景中的“像素”被传送到其自身的下游神经元。

换句话说,您的视野和大脑之间的每个点之间存在伙伴关系。例如,字母Z在视网膜中激活相邻神经元,其将信号传送到皮质中的类似相邻神经元。使用称为接受场映射的技术,神经科学家可以辨别哪一组皮质神经元对应于您的视野中的特定区域。

五十年前,一个名为Wilder Penfield博士的着名神经科学家发现了一个特殊的Visual Cortex Quirk:Zapping那些神经元导致人们“看到”在其视野的特定部分中的磷杂交的闪光。

刺激视觉皮质的多个区域导致多个磷酸盐。因为皮质的每个区域对应于视野中的不同区域,因此科学家认为,通过在视觉皮层中同时激活神经元的烧焦形状可能导致人们“感知”相同的形状。

“这个想法非常简单:患者将在一对眼镜上安装有相机,并且来自相机的信号可以通过电极的电网无线地传输到视觉皮质中,”Beauchamp说。

只有一个问题:它不起作用。

从静态到动态

这个问题正试图立即激活太多神经元,导致了博杉矶解释了Cacophony。

一个类比是追踪你手上的字母。例如,如果有人同时触摸手掌上的多个点,则集体构成字母Z,它接近不可能根据单独接触来解密该字母。

这是前几代视觉皮质假肢试图做的,患者只看到非晶浅色,注意到Beauchamp。

相反,在匹配“Z”的轨迹中动态地绘制相同的形状使得易于弄清楚字母。

“我们所做的是基本相同的想法......而不是追踪患者手掌上的信,我们使用电流直接追溯到他们的大脑上,”Beauchamp说。

要验证其方法,团队首先与可视患者配备了ybn,谁可以提供反馈。癫痫患者已经有电极植入作为医生追踪缉获源的方法进入大脑,该团队将24电极微阵列插入头部后部的YBN的视觉皮层。

该团队首先弄清楚植入电极的每个皮质区域与其在视野中的相应点之间的伙伴关系。然后,它们使用电极动态跟踪四个不同的字母,并要求患者在触摸屏上挖出磷的图案。

“在预测和实际的字母形状之间存在着惊人的对应关系,”球队说。

当他们挑战YBN基于感知的膦模式挑选出四个可能性中的一个字母时,患者在23项试验中取得了15个 - 没有任何以前的培训。

“这与这样的任何其他范式不同,这需要数百或数千次培训试验,”Beauchamp说。

这不仅仅是ybn-球队看到了另外两次视网膜癫痫患者的成功率。

视身盲目

通过他们的成功鼓励,该团队在盲人患者中验证了该技术。如前所述,患者在其视觉皮质中植入电极阵列。信号通过安装在她佩戴的棒球帽上的发射器无线传输。

他们首先单独地伸出每个电极以弄清楚患者“锯”相应的磷烯:例如,左上,视野的中间或右下方。这创建了一种磷烯图,允许团队设计七种不同的刺激轨迹,这些轨迹产生类似字母的形状。然后它们顺序地激活轨迹涉及的每个电极。

“她能够区分所有不同的模式并在屏幕上画出它们,”Beauchamp说。当被要求从五分之一挑出一个形状时,患者成功地突出了15个尝试。

虽然团队尚未完全理解为什么他们的追踪技术很好地工作,但他们有猜测。他们解释说,“[IT]进入用于处理视觉运动的皮质机制,”这意味着它可以利用通常将串的高级皮质区域汇集到平滑视频中。以这种方式,动态激活导致更自然的皮质响应。

“我们对这种技术感到非常兴奋,因为我们认为它有可能改善[视觉皮质假肢],”Beauchamp说。

我们如何写入人类皮质的进展是不断发展的高密度电极阵列非侵入性技术,如Optimetics.或者聚焦超声波。由于该方法纯粹基于软件,因此可以适用于已经植入大脑的任何硬件以将视觉功能恢复到盲目。

“如果你看着天空中的星星,你可能会[只是]看到一群明星。但是,如果有人为你追踪星座,那么了解表格可能会更容易。这就是我们想要为盲人患者做的事情,“Beauchamp说。

图像信用:阿德里安尼德·奈德赫伯斯尔/shutterstock.com.

Shelly Xuelai Fan是一个神经科学家转向科学作家。她在不列颠哥伦比亚省大学的神经科学中完成了博士学位,在那里她开发了新的神经变性治疗方法。在研究生物脑的同时,她对AI和所有东西都很着迷。毕业后,她搬到了UCSF,研究了恢复老年大脑的基于血液的因素。她是 ...

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