原创 青白视角 Aggie 青白视角 2024-04-23 00:25 浙江
相关阅读：
网页链接{高校成果 | 复旦大学视网膜假体研究新进展}
突破性的皮质内视觉假体 (ICVP) 是一种绕过视网膜和视神经直接连接到大脑视觉皮层的植入物。2024年4月，伊利诺伊理工大学宣布为完全失明患者创造人工视觉方面的一个重要里程碑：继首次（2021年）成功通过手术植入微型无线刺激器和电极的ICVP 系统后，已经过两年的成功临床试验，发现该假体为研究参与者提供了更好的导航和执行基本视觉感知的指导任务能力。
01 病例情况
患者布萨德，今年56岁，在17岁时左眼因视网膜脱落失明，右眼在2016年也失明。2021年，他听说在芝加哥伊利诺伊理工大学有一项视觉假体试验。研究人员告知他，该设备是实验性的，无法期望恢复到之前的视力水平。尽管如此，他还是对此感兴趣并报名参加了试验。植入芯片后，目前布萨德具有非常有限的人工视觉——他描述为“雷达屏幕上的闪点”。有了植入物，他可以感知到用白色和彩虹点提示的人和物体。布萨德是全球一小部分盲人之一，他们冒着进行脑部手术以获取视觉假体的风险。考虑到视觉是一个如此复杂的过程，提高人们通过脑植入物能够看到的图像质量仍存在巨大的技术障碍。然而，即使产生初步的视觉感知也可以为盲人在日常生活中提供更大的独立性。
“这不是要恢复生物视觉，这是关于探索人工视觉的可能性。”ICVP系统由伊利诺伊理工大学普利兹克生物医学科学与工程研究所执行所长、生物医学工程教授Philip R. Troyk领导的多机构团队开发，致力于最终为因眼病或外伤而失明的人提供人工视力的技术研究，该项目也代表了伊利诺伊理工学院近三十年的研究成果。
ICVP系统是第一个使用一组完全植入的微型无线刺激器的皮质内视觉植入物，允许设备永久植入，这是一个独特的优势，为研究人员提供了充足的时间来探索设备如何有效地工作，并且对于接受者来说了解该设备如何发挥作用。
02 项目背景
早在1920年代，人们开始考虑利用电刺激将技术成像设备获取的视觉信息传达到人类视觉系统，以弥补视觉缺陷或疾病。虽然视网膜方法在过去十年取得了一定的临床成功，但大多数失明患者由于视网膜和视神经功能受损的病理影响，不适合接受视网膜假体。因此，大脑成为更明显的接口目标。皮质视觉假体的基本假设绕过视网膜、视神经和丘脑，直接通过向皮质视觉系统提供电刺激，从而产生有用的视觉感知。
随后的研究进一步证实了这一点。在1955年，一项专利描述了一种通过大脑电刺激恢复视觉感知的设备。尽管当时对于安全刺激限制或如何适当地驱动植入电极的知识很少，但这一概念的实验被进行了测试。然而，这种早期的设备功能有限，仅能将光和暗区分开。
随着对视觉皮层功能结构的深入了解，人们开始认真考虑通过使用皮质电刺激模式，可能会产生有用的人工视觉感知。1968年第一次尝试植入电极进行慢性皮质刺激实验时，获得了一些光幻视，但这些实验并没有取得实际应用的进展。尽管能够植入大量电极和相关电子器件，并且视觉皮层功能仍然保持功能，但关于如何集成这些光幻视以产生有意义的感觉知识很少。
1969年，NIH成立了神经假体计划，后来（1986 年）又成立了皮质内视觉假体计划，旨在开发和植入使用皮质内而不是表面刺激的视觉假体。研究人员试图使用小型电极穿透条纹皮质，以产生更可控制和清晰的光幻视。一项研究试图确定皮质内电极是否能在多年的失明后产生光幻视。尽管存在技术上的困难，但仍然取得了一些令人鼓舞的进展，这促使进一步的技术开发和研究。
NIH的内部项目于1996年结束，并于2000年重新组建为伊利诺伊理工大学的皮质内视觉假体项目（ICVP）。
03 技术原理
该项目开发了一种名为无线浮动微电极阵列（WFMA）的设备，这一设备的发展为皮质内视觉假体的实现提供了更为可行的技术路径。为了取代早期工作中通过电线连接到电极的大量植入式设备，ICVP开发了WFMA。WFMA由陶瓷基座平台、带有18个聚氯乙烯绝缘铱微电极和电子专用集成电路（ASIC）以及微线圈的超结构组成，形成一个完全集成的自主无线刺激器模块。WFMA通过植入到皮质内部，漂浮在蛛网膜膜内，消除了对大脑的电缆引导力。
每个WFMA设备通过经皮感应链接无线接收电力和数据，由体外遥控器（TC）激活。ICVP接受者会戴着一个带有TC的头带，并连接到腰部佩戴的信号处理器。TC可以以随机访问的方式调用每个WFMA中的每个电极，并提供所需的皮质内电刺激，类似于调用“植入式手机”网络中的每个电极。
通过两年的临床前研究，伊利诺伊理工大学团队与外科医生合作开发和完善手术程序，在2021年通过手术植入这些设备。ICVP系统的临床研究中，WFMA植入的位置和范围至关重要。这些选择涉及在最小化手术风险和最大化视觉功能可能性之间取得平衡。关于人类视觉皮质区域的布局和变异性、这些区域中的视野表示以及这些区域引发的光幻视的特性有着长期而详细的信息。用于收集这些信息的方法包括尸体解剖和活体损伤（外伤和癫痫）、在患有癫痫的视觉皮质植入电极的患者以及盲人中进行记录和刺激，此外还包括功能性磁共振成像和经颅磁刺激。
04 项目意义
两年前，世界见证了 ICVP 植入的首次成功实施。2022 年 2 月 14 日，通过手术将 25 个刺激器（总共 400 个电极）植入一名失明者体内。回顾这段过程，Troyk 博士表示：“过去的两年非同寻常。见证 ICVP 为盲人带来一种新的视觉感知形式，更加坚定了我们对这一努力的承诺。我们的重点仍然是改进和理解这项技术如何进一步帮助那些没有生物视觉的人进行导航和执行日常视觉任务。”
随着全球关于神经技术的科技不断发展，类似领域的进步凸显了对伦理、隐私和监管影响的重大讨论，伊利诺伊理工大学的 ICVP 项目以其专门的方法脱颖而出，通过在不损害安全或伦理的情况下实现人工视觉来改善人类生活标准。
当前神经技术讨论的背景，特别是马斯克的 Neuralink 也进入脑机接口领域，进一步阐明了 ICVP 进展的意义。Troyk 博士指出：“虽然看到更多企业探索神经技术的可能性令人鼓舞，但至关重要的是，这些努力优先考虑参与者的安全、数据隐私以及这些技术的实际应用。我们 ICVP 的目标始终是负责任地探索这些前沿领域，确保我们的参与者成为我们研究的核心。”
05 后续计划
随着 ICVP 的推进，伊利诺伊理工大学正在积极寻找新的参与者来进行正在进行的研究，该项目正在招募成年后失明但至少在生命的前 10 年视力正常或接近正常的研究志愿者。手术后大约经历一个月的手术恢复期，参与者将接受为期 1-3 年的研究，具体取决于植入日期。
伊利诺伊理工大学与 ICVP 的开创性合作，特别是在新兴神经技术领域，使该机构及其合作伙伴处于为受完全失明影响的个人创造有意义、符合伦理和变革性解决方案的最前沿。它强调了协作、多学科努力在突破科学和技术的可能性界限方面的重要性，并敏锐地关注这些进步的社会和伦理影响。合作方包括：拉什大学医学中心、芝加哥灯塔、约翰·霍普金斯大学威尔默眼科研究所、德克萨斯大学达拉斯分校、Microprobes for Life Science、Sigenics Inc. 和芝加哥大学。项目持续受到美国国立卫生研究院的资助，前者已经向伊利诺伊理工大学的研究人员提供了 250 万美元的资助。
随着技术不断优化和临床试验的进行，ICVP有望为更多失明患者带来光明的未来。