植入芯片、自然视力协调视觉在黄斑变性研究中的应用

两年前，斯坦福大学的一名研究人员和他的团队证明，通过一种薄薄的像素芯片和特殊设计的眼镜，他们可以恢复黄斑变性患者视野中心的有限视力。在最近的一项后续研究中，研究人员发现这种假肢视觉与患者的外周视觉自然地结合在一起，而患者的外周视觉不受疾病的影响。

患者可以同时识别视野中心和两侧彩色线的方向。结果表明，该治疗可用于恢复功能性视力。

眼科教授丹尼尔·帕兰克博士说，患者能够看到连贯的图像“是一个非常令人兴奋的消息”，因为之前所有的视网膜植入都造成了“非常扭曲”的感知。一篇描述新研究发现的论文发表在1月26日的《美国科学》杂志上自然通讯．该研究的第一作者Palanker与法国的一个眼科医生团队合作。

全球有2亿人患有黄斑变性，其中大多数人年龄在60岁以上，患者会逐渐失去视野中心的视力。它会使人衰弱，因为剩余的周边视觉分辨率很低。这些患者在阅读、人脸识别和执行其他日常生活任务方面存在困难。

这种情况发生在感光细胞视网膜中心的黄斑部退化。这些紧密排列在眼睛后部的细胞感知光线并将信号发送给其他视网膜神经元，这些神经元将信号传输到大脑，从而实现视觉感知。当感光细胞退化时，大脑就不再接收到创建详细连贯图像所需的信息。

目前治疗黄斑变性——比如维生素和针对侵入黄斑并阻碍视力的血管的药物——可以减缓视力下降。但一旦感光细胞消失，它们就无法阻止退化或恢复视力。

恢复视力

大约20年前，帕兰克尔有了制造视网膜假体的想法，只要与光感受器对话的神经细胞完好无损，就可以取代感光细胞，接管它们的光传递作用。(视网膜内神经元会被其他视觉障碍破坏，比如青光眼。)第一步是研制一种能将光转换成光的薄装置电流外科医生可以把它植入眼睛后部。1/12英寸像素芯片通过视网膜神经网络向大脑发送电信号，恢复视野中心的知觉。

该团队还开发了带有摄像机的眼镜，可以将图像传输到芯片上。眼镜上的近红外显示器将增强的视频流发送到眼睛后部的芯片上。“我们正在替换失去的感光器老年性黄斑变性用光伏像素，”Palanker说。“我们用增强现实眼镜投射出的不可见光来激活它们。”

经过广泛的临床前研究，Palanker在法国的合作者招募了5名患者，他们都超过60岁，患有晚期黄斑变性，在中央黄斑没有光感受器。患者保留了视网膜内神经细胞，这些细胞可以接收来自植入物的信号。外科医生将盲点上方的视网膜分离出来，将芯片放在盲点下方，再将视网膜重新连接上。手术持续了大约两个小时。

手术后几个月，研究小组发现，在植入物的帮助下，患者能够感知光线，并看到从相机投射到视网膜上的图案，比如线条和字母。帕兰克尔和他的团队于2020年2月发表了第一项研究的结果。

连贯的画面

但在后续研究中还有两个问题有待解决。第一个问题:患者是否能够将他们的假体中心视觉感知与剩余的自然周边视觉整合起来?最初的测试是用虚拟现实眼镜进行的:他们只探索患者是否能看到投影的线条和字母，同时周围的自然视觉被阻断。第二:这种假肢视力能持续吗?

根据这项新研究，这两个问题的答案都是肯定的。

在最初的研究中，一名患者的芯片植入错误，一名患者后来死于与植入无关的原因。

在随访中，剩下的三名患者不仅能够看到投射到植入物上的图像，而且还可以同时使用他们的周边视觉。研究人员向患者展示了两条线的图片——一条用不可见的近红外光直接投射到植入物上，另一条则显示在更远的屏幕上。后者迫使他们使用他们的自然周边愿景．每条线都有不同的颜色，科学家问病人每条线的方向是什么。Palanker说，患者“可以同时正确地看到两种模式，这表明大脑可以同时感知假体和天然视网膜代码。”结果“比我们预期的还要好”。

目前，假肢的视力被限制在20/460左右，这使得患者可以看到较大的字母。“这是一个令人兴奋的概念证明，”Palanker说。“然而，要使它成为真正有用的设备并适用于许多患者，我们需要提高分辨率。”

他的团队正在研究一种像素更小的植入物，已经与大鼠的自然视觉分辨率相当。他希望这种新芯片能够为患者提供更好的视力，可能超过20/100。未来的研究还将在更自然的环境中测试这种植入物，比如在家里，有更多的病人，使用更长的时间。