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仿生眼:从恢复视力到获得“超级视力”的探索

2005-07-21 09:02 未知 未知 阅读 0
核心摘要: 本文介绍了仿生眼技术的发展历程与最新进展,重点描述了南加州大学小坦圭教授团队研发的可植入微型摄像头技术,该技术旨在帮助盲人恢复视力,并有望实现夜视、显微等“超级视力”。文章还回顾了从1929年电刺激视觉中枢到2014年千电极植入设备使盲人阅读文字的关键里程碑。

在科幻电影《星际迷航》中,轮机长乔迪·拉弗吉的眼睛里植入了一种24世纪的设备,使他能在黑暗中视物如同白昼。这种“超级视力”或许将首先在一些失明患者身上成为现实。美国南加州大学的电机工程学教授阿曼德·R·小坦圭正在研究一种可植入盲人眼内的微型摄像头,旨在帮助因衰老或疾病导致视网膜感光细胞受损的患者恢复视力。

小坦圭的研究是南加州大学从美国能源部和美国国家科学基金会获得数百万美元资助的科研项目的一部分,旨在开发人造视网膜技术。目前,他正在进行植入式摄像头技术的早期人体试验,有6位盲人志愿者参与。这些志愿者佩戴一副安装有数字摄像头的太阳镜(摄像头尚未植入眼内),视网膜上植入分布有电极的含银硅脂。数字摄像头将拍摄的图像无线传输到硅脂上的16个电极,电极刺激视网膜神经细胞,使盲人“看到”图像。尽管这种人造视力的分辨率远低于正常视力的1亿像素,但已足以让志愿者区分桌子上的杯子和盘子、辨别光明与黑暗,以及判断人行道上是否有人。

南加州大学植入式摄像头项目负责人、视网膜植入手术开创者马克·胡梅恩表示:“这项技术还有很大的提升空间。”他计划在2006年上半年将植入电极数量增加到60个,使分辨率提高4倍;随后增至256个,最终实现1000个电极的目标。胡梅恩希望在10年内完成这一目标,届时接受手术的人不仅能辨认面部特征,还能阅读文字。

然而,实现这一目标面临诸多挑战。人眼内的盐分环境会腐蚀电极,而电子设备工作产生的热量可能灼伤神经和血管。视网膜植入设备制造商Second Sight公司的首席执行官罗伯特·格林伯格比喻道:“这就好比把电视机扔进大海,还要让它正常工作,几乎是不可能的。”这正是小坦圭在眼内植入摄像头的设想难以实现的原因。

小坦圭正在研制的可植入数字摄像头大小如阿司匹林药片,内含非球面透镜和密封的CMOS传感器,可安装在瞳孔后方、晶状体所在的空间。这样,植入者无需佩戴笨重的太阳镜,且可通过转动眼球而非脖子来观察周围物体,与正常人无异。小坦圭指出,该摄像头的焦距为3毫米,能清晰成像远近物体。此外,还可加入红外传感器,使佩戴者具备夜视能力。他的同事、生物医学工程师詹姆斯·韦兰甚至设想:“可以在设备中加入显微镜,让使用者拥有‘超级视力’。”这并非完全玩笑。

人造视力的发展历程

1929年:德国神经学家奥弗里德·福斯特用电刺激志愿者大脑视觉中枢,使其“看到”微弱亮光。

1968年:剑桥大学的贾尔斯·S·布林德利将80个电极植入一位52岁失明妇女的头皮下,通电后她看到了一些亮点。

2004年:阿曼德·R·小坦圭和同事诺埃尔·斯泰尔斯完成世界首次眼内数字摄像头植入试验,在一只狗眼中植入玻璃镜头和传感器。

2010年:南加州大学研究人员首次完成人体数字摄像头植入试验,视网膜上植入电极数量达256个。

2014年:拥有1000个电极的植入设备首次使盲人能够辨认相貌,并阅读1.2厘米见方的文字。

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