人工视觉研究进展:视反层假体

根据电极放置的位置,l视皮层假体又分为视皮层表面假体和视皮层内假体。即将电极置于视皮层表面或视皮层内,l将光电信号传递给临近的皮层神经元,l从而产生光幻视,l对外界光刺激产生反应,l并感知其强度和对其进行定位。近年,l葡萄牙的研究者已将视皮层植入物用于多位患者,l美国犹他大学和国立眼科研究院也在进行视皮层植入物的研究。但植入后神经元兴奋性下降和空间分辨稳定性较差等问题,l还有待于作进一步的研究。

1.视皮层表面假体11人工视觉最早的实验,l是将电极置于视皮层表面,l通过一根穿过颅骨和头皮的导线与外界的无线电接收器相连,l在视野内出现刺激时,l接收器(电子眼)将一定频率和强度的电信号传入颅内,l刺激视皮层,l产生幻视,l并且能对光刺激进行定位。这一实验证明光电刺激视皮层感知视觉图像是可能的,l同时也出现许多问题,l如引起的光幻视之间的交互作用,l一个电极产生多个光幻视,l幻视的不稳定性,l以及需要强电流和大电极,l且偶尔患者会因为硬脑膜受到刺激而出现疼痛,l以及因电流刺激出现癫痫样活动等。后来又出现铂盘状电极,l同样置于枕叶视皮层表面,l与一个带光敏晶体三极管的摄像头相连,l患者能辨别15米外15厘米大小的文字,l发现光幻视的亮度与刺激电流强度的对数成正比(图16-13)。

2.视皮层内假体111996年Schmidt报道的置于视皮层内的假体为小电极,l高阻抗,l低电流即可刺激局部皮层组织,l从而减少光幻视之间的交互作用,l保证了光幻视的稳定性。置于皮层内的小电极所需要的电流强度是皮层表面电极所需电流的1/10~100,l大大减少了光电干扰以及电产热对组织的损伤。放置了视皮层内假体的患者甚至能感受图像的色彩。视皮层内电极通过手术放置于皮层表面下2mm深的位置,l或采用气动系统,l仅需200ms就能安置一个100个电极的阵列于视皮层内。常用硅电极,l其表面包被钛,l直径约80~100μm,l尖端2~3μm,l生物相容性好,l有时电极表面可能会形成纤维膜,l但对电流没有影响。

视皮层内假体的优点为,l电极阵列可以得到颅骨的保护,l皮层假体能代替远端受损的神经元,l从而有恢复失明患者视力的可能。然而空间分辨是一个非常复杂的过程,l相邻的视皮层区域不一定对应相邻的空间位置,l因而不一定能感知图形,l而且皮层的每一个区域,l包括在初级视皮层,l都对应于特定的色彩,l运动,l视觉朝向以及视觉刺激的其它参数。且卷曲的皮层表面使得植入困难,l以及手术操作的并发症产生的严重后果等,l使其离临床应用还有很大距离。

图16-1311例皮层假体

[1A.视皮层电极微阵列图(矩阵排列的100个针状电极),l图片中电极长1.5mm,l其尖端用金属铂处理,l相邻电极之间采用玻璃绝缘处理11B.视皮层内相邻微电极轨迹横断面,l轨迹有400um宽]