空军总医院周岩带您探秘大脑之“视觉的秘密花园”

来源:空军总医院作者:周岩责任编辑:张曦晛
2016-01-03 10:34

视觉修复

视力障碍或是失明,通常都是视觉传导通路损伤所致——角膜或晶状体雾化导致视物清晰度下降;角膜的退化;视觉皮层(位于大脑的后部)的外伤或中风等等。但是,随着时代的发展,生物学、工程学和技术学的进步为那些正在失明或已经失明的病人打开了越来越多的窗口。特别是干细胞研究,它为越来越多的疾病提供了一个可持续发展的希望,当然也包括视觉障碍。干细胞可以向任何一种细胞进行分化,自然也可以向科学家所期望的方向分化。让我们看看干细胞有什么超能壮举。

本是晶莹剔透的角膜在遭受损伤或疾病后,就会变得模糊、不透明。这时,我们可以通过手术的方法去除角膜表面受损的细胞,然后再移植一层新鲜的角膜细胞。由于这层新鲜的角膜细胞是来自于供体眼(也就是别人的眼睛),所以即使有效,也要面临着一些风险,比如排斥反应,比如细胞会随时间而逐渐退化。

而角膜干细胞移植就能规避这两个风险。这些干细胞可以自然而然成为角膜的一部分。随着年龄的增加,这些干细胞还能持续不断提供新鲜的角膜细胞以替代老化的。为了避免排斥反应,这些干细胞通常都是取自患者本人的另一个健康眼或是近亲亲属。但是,有时这两个选择都不存在,于是科学家们正在试图开发其他的可利用资源。一旦得到干细胞,就首先在实验室里将其孵化成一薄层细胞(单层排列),然后孵育成更为坚固的多层细胞。在培养基质的支持下,这些细胞逐渐呈结构性的生长。最后,将这些组织移植入患者的眼睛中。

智能视觉修复——什么意思?简单的比喻,科学家像是一个玻璃清洁工,他们可以让更多的光线进入到视觉的主舞台——视网膜。再打个比方,黄斑变性导致了视网膜损伤,为了修复视觉,科学家们就必须要绕过这些受损伤的视网膜,这可是一个非常大的技术挑战。视网膜上的细胞是一个介质,介于光线和神经细胞之间。而神经细胞负责将视觉信号传导至大脑内。传导途径就是视神经。让我们再回头看看干细胞给我们的承诺,一个难以置信的承诺。日本科学家成功地把小鼠的干细胞孵育成视网膜细胞,可这还不是亮点。真正的成功之处在于他们将干细胞孵育成了一个真正的结构,一个能发育成视网膜的真正结构。

干细胞移植用于人类视觉修复的前景虽然光明,但仍有很长的路要走。而在当前,进入人们视野的是“视网膜植入物”。这是一种神经假体,被称为视网膜外植入体,由三个元件组成,它们协同工作以修复一种类型的视觉。这三个元件包括一个照相机(捕捉光线),一个视频处理器(翻译摄入的视频信号,并将其转换成电信号),最后就是视网膜植入体本身。

使用者佩戴着一个独立的外部相机,通常是镶嵌在一副眼镜上,实时捕捉周围的环境。这种形式的视觉信号对于人来说,毫无意义。所以,需要将这些信号分流入视频处理器。在这里,视频信号被重新解读成电信号。就如同人类正常的视觉处理,光线被转换成电信号,然后再传导至视觉皮层。视频信号被解读成电信号的过程,现在已经可以无线传输至接收器。而这个接收器位于眼睛内。这个接收器完成了视觉旅程的最后一段——连接到视网膜植入体。这种视网膜植入体是由一系列微小电极构成,并直接埋置于视网膜内,与视神经细胞直接接触。植入体电极将信号传递至视觉皮层,但是佩戴者无法以正常方式体验视觉。相反,他们只能看到明暗的变化。佩戴者只能慢慢学习如何去解读并赋予意义。

德国蒂宾根大学的团队尝试开发一种更小、更精细的视网膜植入体。这种新型设备埋置于视网膜下,拥有1500个光学敏感器,能够直接捕捉进入眼睛内的光线,并将其转换成电信号,直接沿视神经传导。因此,这个新的装置完全不需要任何外部硬件。初步试验的结果是令人振奋的,佩戴这种新型设备的人可迅速地获得视物能力,可以看到形状,描述物体,比如字母。

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