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发现大脑“语言”:神经脉冲编码
内森博格解释说,任何图形的光线进入视网膜,都会被转化为一种通用编码,也就是一套转换公式,将光的形式转化为电脉冲的形式。“人们一直在寻找这种简单的刺激编码,它必须是普适性的,才能用于任何事物——人脸、景观以及眼睛能看到的任何事物。”
研究这种编码还有更广泛用途,但最直接是用在视网膜假体中。内森博格和她的学生潘达利纳斯在一个“芯片”上嵌入了数学公式,称之为“编码器”,把它和一个微型投影仪结合。编码器能将进入眼睛的图像转化为脉冲电流,然后微型投影仪把电脉冲转化为光脉冲,这些光脉冲驱动神经节中的光敏蛋白,将编码传给大脑。
这一整套方法已经在小鼠身上实验。研究人员制造了两个视网膜假体系统,一个带有编码而另一个没有。内森博格解释说:“系统的工作原理包含两方面:编码器,也就是一套公式,能模拟视网膜转化各种刺激的能力,包括自然场景,由此产生正常的电脉冲形式;然后由刺激器,也就是光敏蛋白将这些脉冲传送给大脑。”
“结合编码后显出了惊人的效果,系统性能达到了接近正常水平。也就是说,系统输出中包含了足够的信息,大脑可以用这些信息来重新构建出人脸、动物,基本上我们所希望的任何东西的图像。”内森博格说。
经过一系列严格实验,他们发现小鼠的失明视网膜产生的图案几乎能媲美正常视网膜。
芯片+基因疗法=恢复视力
“这是令人兴奋的时刻!我们让盲鼠的视网膜看到了图像。”内森博格说。她们正在尽快地将这一技术用于人类。“实验结果表明要制造出高效视网膜假体,关键在于视网膜通讯编码和高分辨率的刺激方法,目前这两方面都已在很大程度上准备就绪。”
这也是第一个可能带来正常或接近正常视力的视网膜假体,其中的编码极为精确,甚至能让使用者辨别面部特征,跟踪移动的图形。
研究人员指出,该研究为全世界2500万因视网膜病变而失明的盲人带来了希望。药物疗法只能帮助一小部分人,新的假体设备提供了恢复正常视力的编码。从未来的治疗目标来看,视网膜假体设备是最好的选择。
但新假体还需要经过人体临床实验,尤其是基因疗法部分的安全性实验,通过基因疗法向视网膜中导入光敏蛋白。但内森博格预测,实验将会是安全的,因为在其他视网膜病变案例中,已有类似的基因介质疗法取得了成功。(科技网)