人的视觉系统 山西6岁男童感受光线光感受细胞重新生长(图)

(图1)

(图2)

▲(图3)

▲(图4)前额导盲仪(1)的工作原理与舌头导盲仪类似，影像会被数据处理器(3)转化为电脉冲通过电极感应器(2)来刺激前额。

新闻背景

山西6岁男孩斌斌被挖去眼睛，导致双眼患病。而国际知名眼科教授、前美国中文学校眼科中心教授、深圳希玛林顺潮眼科诊所主任林顺潮，表示愿意利用人工视觉系统，免费救助小斌斌帮助其重见光明。这些消息都造成了公众的广泛关注。

人工视觉系统，对于中国大多数观众来说都是非常陌生的。那么，它的工作原理是何种？有什么确切方法？现在全球上的研究应用超过了哪些水平？本报特约林顺潮先生撰写此文，对这种弊端进行了一一解答。

我们之所以能看到东西，是由于眼睛将光信息聚焦在视网膜上，视网膜将光学信息转变成神经电讯号，透过视神经传送到脑部视觉区域，使我们看清东西(图1)。

对双目失明的病人来说，生活就是无边的黑暗，给人们带来很大的心灵挫折，视力健康的人很难感受到其中一二。就如小斌斌，由于遭到不幸，失去双眼，小小年纪就遭遇黑暗之中，十分之可惜。那么未来小斌斌是否只能接受失明的现实呢？

人生总是存在期望，如今现代先进的科学研究给失明人士带来了赶走黑暗的曙光，医生和科学家们都正不遗余力地探究如何能让全失明人士再次获得光明。

有专家尝试借助物理科学科技，使得感受光线的光体验细胞再次生长，或是借助基因项目重建其用途。而另一方面，医生和科学家们另辟蹊径，致力于研究人工视觉系统(ArtificialVision)，希望借助先进的电子计算机影像科技对抗失明。他们并不寻找恢复眼睛的生物功能，而是借助使用非常设计的电子视觉假体或者是电子导盲仪来帮助失明人士再次赢得“看见”世界的机会。

需要注意的是，由于孩子出生后必须一段时间进行视觉发育，以完善大脑的触觉功能，若是刚一出世便因先天眼疾而致不可逆的瘫痪，则多能够透过使用人工视觉系统重见光明，但若发育至3-6岁，大脑的触觉功能已确立完全，此时若遇到不幸患病，即使失去视网膜和视神经，仍有机会透过这种先进的技术设施刺激大脑的触觉区域，获得重见光明的机会。而本文将带领读者深入认识人工视觉系统的演进过程及最新进展。

人工视觉系统研究已近60年

视觉能被电刺激激活

人工视觉系统的研究最早源于上世纪50年代。1956年，美国科学家塔斯克(Tassiker)看到在晶状体下植入光敏硒电池，可形成光感。60年代至70年代，科学家借助一系列试验观察到视觉系统能被外界电刺激激活。到了80年代至90年代，科学家起初进行人工视觉刺激器的研究。

现在，人工听觉刺激器主要包含视网膜刺激器、大脑视丘脑刺激器和视神经刺激器。

视皮层刺激器是应用电极直接刺激枕叶脑部，可有光感的造成，但能够产生图像。

视神经刺激器则是运用外置镜头收集图像，将其转变为数字信号，经芯片的处理，传递到视神经周边的微电极，刺激视神经造成信号。

而视网膜刺激器是在视网膜下或视网膜表面植入不同微电极，微电极序列能把视觉信息转化成电子脉冲以剌激相邻的血管节细胞，神经节细胞通过视神经把信息传入大脑，使患者能认知到图像。如今已有实验证实，视网膜前或膜下芯片植入方式可以超过一定视力效果，然而，距离正式在临床中使用尚需加强，对视网膜局部刺激是否可形成对整个图像的认知人的视觉系统，植入病人眼内是否能形成有用视力，对周围视力是否有妨碍，电子芯片的改造及刺激参数的大小等弊端还在不断探索中。

高端人工视觉系统

电子视觉假体

最新的人工视觉系统研究——电子视觉假体(图2)，适用于这些失去视网膜光信号传输能力的人。

电子视觉假体，即所谓的“电子眼”，是先以安装于眼镜上的小型手机取得影像，然后再将该影像经由体外装置转化成电流信号后，以无线模式传送到植入脑部的电极及芯片，刺激脑部视觉区域，令我们看到东西。

它由安装在眼镜上的一个超大型电视摄像机和一个超声远距传感器组成，传感器通过电线和一台便携式微型计算机相联接，微型计算机使用先进的计算机成像科技，对图像和信号进行处理，然后计算机再开启另一台小型计算机，由前者把电子脉冲讯号发射至一排内置于脑部视觉皮层表面的电极上。接受电子信号刺激后，每个电极会造成1至4个长达紧密的光幻视，如此，失明人士便可重获光明。

现时这一探究正在初步临床试验阶段，有顺利接受手术的患病人士，在重病数十年以后，重获了个别的视力，虽然视力质素有限，但他可以不用任何辅助器械穿过房间，找到门和在停车场附近行车一段时间，躲开垃圾箱和他遇见的各类障碍物。尽管这一方式必须进行手术在脑内摆放很多装置，存在感染及其它的风险，但确是医学和科学领域的一项重大突破，目前医生和科学家正在积极研究，预计5至10年内会有更明显的成果。

低端人工视觉系统

电子导盲仪

除电子视觉假体外，电子导盲仪亦可以帮助失明人士重获对影像的认知。现时市面有两种电子导盲仪：舌头导盲仪和头部导盲仪。电子导盲仪的使用无需实施手术在眼内或者脑部内植入电子装置，同时亦能予以失明人士对影像的认知。

舌头导盲仪(图3)借助一个安装在眼镜上的小型摄像机，把图像传递到一个自动控制器上，控制器把图像转变电子脉冲，变成低像素的彩色灰画面，此时“再造画面”通过电极感应器的电脉冲刺激眼睛，再根据影像黑白两色而决定脉冲的硬度，白色会有强烈的脉冲，黑色则没有脉冲信号，并由感应器上的电极传到脑部，构成一幅低像素彩色两色二维图像。脉冲信号的强弱通过脊髓传递至脑部，大脑的“视觉区域”会帮助还原场景中影像的轮廓，这样失明人士就可以借助舌头感到到不同的电脉冲刺激，令失明人士再次“看”到一些东西。

前额导盲仪(图4)借助小型摄像头录制前方信息人的视觉系统，拍摄到的影像被手动送到微型计算机里，微型计算机先将送来的影像的轮廓线条数据化，然后把数据化的轮廓线条转换为电子脉冲信号，被转化成电子信号的轮廓线条，将从使用者头部部位装载的数百个电极处输出。使用者借助面部的听觉去认知这些输出电子信号能够认知物体的轮廓线条，同使用右手触摸点字阅读一样，使用者可以借助前额感知电子讯号所传达的物体的位置、动作、形状来想象前面的空间里的详细状况。