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据物理学家组织网5月13日报道，美国斯坦福大学医学院开发出一种类似于太阳能电池系统的视网膜假体，可通过手术植入视网膜下面，帮助那些因退行性眼病而失明的患者恢复视力。相关论文发表在今天出版的《自然·光子学》杂志上。
老年性黄斑变性、视网膜色素变性等视网膜退行性病变患者，其视网膜感光细胞缓慢退化，最终会导致失明，但内部视神经基本未损，还能将来自感光细胞的信号传输给大脑。视网膜假体则能帮助患者重见光明。
研究人员介绍说，他们的新型视网膜假体装置有一对专门设计的目镜，上面装有微型摄像机和处理视觉数据流的微型计算机，生成的图像显示在嵌在目镜中的微型液晶显示器上，显示器发出近红外激光脉冲将播放图像投射在一个光电硅芯片上，芯片植入视网膜下，只有一根头发的1/3那么薄。芯片上的光敏二极管会产生电流，引发视网膜信号传给大脑，由此让患者获得视觉。
“其工作原理就像太阳能电池，把光转化为电流，不同的是电流是在视网膜中引发。”论文高级作者之一、眼科学副教授丹尼尔·帕兰克说，视网膜好比胶片或数字芯片，每个感光细胞是一个像素。他们用光敏二极管代替了这些感光细胞，每个像素就像一个小型太阳能电池，受到光照会产生电流，电流再刺激视网膜内层中的视神经元。由此产生一种瀑布效应，激活视网膜外层的神经节细胞，向大脑发出视觉信息，让患者能够看见。
目前已有其他类型的视网膜假体进入临床试验，但这些设备的移植手术非常笨重，要在眼睛里植入线圈、电缆或天线，以向植入的视网膜供电并提供信息。最新设备用近红外光来传播图像，不需要任何电线光缆，而且非常薄，易于植入。“手术只要把一个小包植入视网膜下，然后在其中放入光电电池。”帕兰克说，而且这种光电电池还能在眼中大量排布，提供更广阔的视域。
实验中，研究小组制作了一个铅笔尖大小、含有几百个光敏二极管的芯片，并用正常小鼠和失明小鼠的视网膜作为变性视网膜模型。他们把该芯片放在视网膜下面，并在神经节细胞层上放了一个多电极阵列，以检测电流活动。发出光脉冲后，无论是可见光还是近红外光，都在光敏二极管中产生了电流。
正常小鼠的神经节对可见光的刺激反应和预期一样，并对近红外光产生了类似反应。在失明小鼠视网膜中，正常光线只能引起微弱反应，近红外光引发了强烈反应，几乎达到了正常小鼠视网膜的水平。
初步实验数据显示视觉信号正在到达大脑，目前实验仍在进行中。斯坦福大学已经为这一系统中的两项技术申请了专利。（常丽君）
通过手术将微型太阳电池板样电池放置在视网膜下，斯坦福大学医学院的科学家们设计出一种新系统或可在某天帮助因某些类型的退行性眼疾病而丧失视力的人们重见光明。
这一新型人工视网膜装置包括一对特别设计的护目镜，配备了一部新型照相机和一台用于处理视觉数据流的掌上电脑。所生成的图像显示在嵌入护目镜的液晶微型显示器上，其与玩游戏视频护目镜中的元件非常相似。然而不同于普通的视频护目镜，新设备利用近红外线激光脉冲，图像将从LCD传送至植入在视网膜下的光电硅芯片（只有头发的三分之一粗细）上。
芯片上光电二极管的电流随后会触发视网膜中的信号，然后流动到大脑，使患者恢复视力。
在这篇发布于5月13日《自然光子学》（Nature Photonics）杂志的论文中，研究人员谈论了科学家们如何利用人工装置的二极管芯片在体外的大鼠视网膜中检测光电刺激，以及它们是如何引起视网膜细胞的电反应的。电反应是一个普遍接受的视觉活动的指标。科学家们现在正在活体大鼠中测试这一系统，进行生理和行为检测，并希望能够找到资助人支持在人体开展试验。
文章的资深作者之一、眼科副教授Daniel Palanker博士说：“它的运作机制就像屋顶上的太阳能电池板，将光转换为电流。不同的是电流并非流动到你的冰箱，而是流入到了你的视网膜中。”
还有其他几种人工视网膜正在开发当中，其中有两个已经进入临床试验。一个设备是由第二视力（Second Sight）公司研发，今年4月获得了批准在欧洲使用，另一家公司是称为Retina Implant AG的德国公司在本月早些时候公布了他们开发的设备在欧洲临床测试中的结果。
不同于其他设备需要在眼睛中植入线圈、电缆或天线来提供动力，并将信息传递至视网膜植入物中。斯坦福大学开发的装置利用的是近红外线来传输图像，因此不需要电线和电缆，使得设备超薄，且易于植入。
“当前的植入物体积特别大，在眼内手术放置接收线，处理和功能都很困难，”Palanker说。Palanker研究小组开发的设备几乎将所有的硬件都纳入到了护目镜中。因此医生只需要在视网膜下构建一个小口袋，然后将光电池置于其中即可。更重要的是，可以将更多数量的这些光电池平铺至眼内相比于其他系统提供了更宽阔的视野。
目前斯坦福大学已经获得了这一系统中两项技术的专利，Palanker和同事们将收到这些专利许可的版税。
这一装置旨在帮助那些患有诸如老年性黄斑变性和色素性视网膜炎等视网膜变性疾病的人们。根据非盈利组织抗盲基金会（Foundation Fighting Blindness）的统计，前者是北美视力丧失的首要原因，后者每年在全球导致150万人丧失视力。在这些疾病中，视网膜感光细胞会慢慢退化，最终导致失明。但是可将信号从光感受器传输至大脑的视网膜神经元却并未受损。人工视网膜就是基于这一概念通过其他途径来刺激这些神经元。
斯坦福大学的装置采用了近红外线，其相比于正常可见光具有更长的波长。采用这种方法是必要的，这是因为视网膜退行性疾病致盲的人仍然具有感光细胞，仍然对可见光敏感。Palanker 说：“为了完成这一研究工作，我们必须提供相比正常视力需要的更多的光。如果我们采用可见光，它会造成强烈的光亮。近红外光非肉眼可见，可是通过植入作为这一人工系统部件的二极管却‘可以看见’。”
Palanker还通过将眼与照相机作对比解释了他的设计，视网膜就如同影片或数字芯片，每个光感受器就是一个像素。Palanker 说：“在我们的模型中， 用光敏二极管取代了这些光感受器。每个像素都像一个小小的太阳能电池；你可以发出光线，然后获得电流，电流刺激视网膜内核层的神经元转而产生一个级联效应，激活视网膜外层的神经节细胞，将视觉信息传送至大脑让我们看到。”
在这项研究中，Palanker和他的研究小组制作了一个大约一个铅笔尖大小的芯片，其中包含数以百计的光敏二极管。为了检测这些芯片的反应机制，研究人员利用了来自健康大鼠和失明大鼠的视网膜作为视网膜退行性疾病的模型。科学家们将一个光电二极管芯片放置在视网膜下，将一个多电极芯片放置在视网膜神经节细胞层上以测量它们的活动。科学家们随后发送光脉冲，包括可见光和近红外线，在光电二极管上生成电流，并测量了视网膜外层的反应。
如预期的一样，在正常大鼠中，神经节受到了来自正常可见光的刺激，但是它们对于近红外线光也呈现出相似的反应：这证实了二极管正在触发神经元活动。
在退化的大鼠视网膜中，正常光线没有引起什么反应，但是近红外线则激起了强烈的活动信号，与在正常大鼠视网膜中的差不多相似。Palanker 说：“它们没有对正常光线产生反应，却对红外线有反应。利用我们的系统修复了视力。”Palanker指出退化大鼠视网膜需要更大量的近红外光线才能获得与正常大鼠视网膜相同水平的活动。
尽管有人担心接触到如此大量的近红外光有可能导致组织发热，但研究表明这种照射仍是既定眼安全极限的百分之一。
Palanker和他的同事们将这些光电二极管植入到了大鼠的眼中，在持续6个月时间内一直在观察和检测它们的效应。他说初步数据表明视觉信号到达了正常和失明大鼠的大脑中，目前研究仍在继续进行。
虽然新设备和其他的装置可以帮助人们重新获得一些视力，但是目前的技术还不能让他们看清颜色，因此生成的视觉还远不能说是正常的，Palanker 说。
（生物通：何嫱）
