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腦機介面又一應用,視覺輔具

科學家藉由在腦中植入物體,讓盲眼女看到簡單的形狀。

你對醫療的輔助器材有興趣嗎?科學家一直嘗試將人體的各種感覺和外界的溝通,以各種感受器和裝置運作的方式來取代。例如:這個概念用在四肢的輔具,就是將腦的訊號傳到殘肢的肌肉,再將之轉換為動作;雙向運作的方式,再將義肢感受到的觸覺回饋到腦,以做出適當反應。那麼,同樣的概念如果用在視覺上呢?

視覺輔具

用在眼睛,以盲人來講,就是將真實世界的畫面以圖像的方式(可以是用相機或攝影機先拍攝),轉換為訊號,傳遞到腦中的視覺皮質,將畫面的訊號直接輸入腦內來感受。科學家嘗試實現這樣的概念,事實上,從是這樣開發的團隊不少,但在臨床上仍沒有真的皮質視覺的輔具。

訊號傳遞

要怎麼傳遞訊號到皮質?需要在腦中放置一個植入物,也就是植入電極,一種微電子陣列式的電極。這篇在JCI上發表的研究,成功將96個的電極的微電子陣列植入腦中的視覺皮質區內,受試者是一位57歲已經全盲六個月的女性。這裡的電極陣列非常非常小,電極的高度大概1.5mm,以10×10的陣列方式擺放。電極的尖端鍍有氧化銥( iridium oxide ,IrOx)來改善電荷輸入的能力;植入的位置是在右腦枕葉皮層(right occipital cortex)。且此篇研究,量測到視覺皮質受刺激後,受試者感受到的視覺。

光幻視

實驗結果,這樣的腦內植入物,對受測者沒有任何副作用。再者,而刺激皮質神經元需要的電流大小,對單一電極而言是66.8 ± 36.5微安培(uA)。而在提供持續刺激的同時,也能在視覺被剝奪的神經元上收錄到高品質、穩定的訊息。此外,研究也發現同時間以多個電極刺激,能降低這個需要的電流的強度,就能喚起可辨別的光幻視(phosphene)。也就是,雖然沒有光線進入受試者的眼睛,但是受試者仍能感受到視覺影像。如此,全盲的受測者能在視覺上,接受到一些字母,甚至認知到圖像的邊界。再者,科學家進一步觀察到,受測者能藉由一段時間的學習來認知複雜的圖像。

這裡的電極陣列設計,是重要的關鍵。未來如果真要在臨床上實施,當然期待患者可以看到更多的圖像,那麼是不是需要大範圍的電極佈置,又或者是更細膩的刺激模式?這部分讓我們想到先前有另外一個團隊開發了可以散佈在腦內的新一代腦機介面,雖是不一樣的開發設計,但是訴求也是將腦內的訊號和腦外的資訊做連結,應用面不同。

這個研究未來如果商品化,人類是不是不需要眼睛也可以看世界?

參考文章: JCI

圖片來源: 生醫人網摘 編輯 / Canva Pro

【作者簡介】 BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章要有邏輯,藉由報導、解析生醫領域的創新和應用來傳播知識。

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