让眼里的星星照亮盲人的世界

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让眼里的星星照亮盲人的世界绵羊c 2012-04-03 21:00:00    http://www.guokr.com/article/135674/

眼冒金星，几乎每个人都体验过。科学家就是从这个平常的小现象入手，找到了失明人士的“复明”之路。或许，不久的将来，他们可以通过一个摄像机来看见这个世界。

图片来自：dancingganesha.blogspot.com。

你曾经在白天看见过星星吗？当你蹲的太久又起身太快，或者刚好被球场上飞来的足球砸中了脑袋，那你就一定看见过或者说经历过“眼冒金星”的感觉。这种现象有个学名，叫做压眼闪光（phosphene）。
你也许发现了，看见金星跟看见别的东西不太一样：即使你闭上眼睛，冒出来的星星也不会因此不见。不过你可能不知道的是，盲人们虽然看不见，却也同样会有“眼冒金星”的感觉。这是因为控制压眼闪光现象的是大脑的初级视皮层（也称作V1区域），这个区域即使在失明数十年后依然不会受到损害。
既然丧失视觉的人不会丧失“看见”金星的能力，那能不能利用这一点帮助盲人恢复视觉呢？来自麻省理工学院的彼特·希勒（Peter H. Schiller）博士带着这个念头，对压眼闪光开始了新的探索[1]。
首先，需要几只猴子对于人的压眼闪光现象已有过不少研究[2][3]，可以肯定的是我们看到的“金星”大致是星星般散落分布的，点或小圆形，比较暗，白色或彩色都有。但这些有限的了解距离找到视觉恢复方法的目标还差很远，探索过程中很多实验无法直接在人体实行，所以寻找适合的动物做“替身”很有必要。
恒河猴可算是实验室的常客了，在压眼闪光的研究中它也是非常理想的实验对象。它们的视觉系统与人类相近，且初级视皮层面积大、无沟回，便于定位和操作。想要推进人类视觉恢复的研究，就先要在恒河猴身上进行较为透彻全面的了解。过去的一些研究已经把恒河猴的视野内“金星”出现的位置和初级视皮层的对应神经元位置定位得很好[4]，刺激V1的什么位置产生的金星会出现在哪里，尽在科学家的掌控之中。
但只知道位置还远远不够，想要利用“金星”成像我们还需要知道一些重要信息：恒河猴看到的“金星”具有什么特点？这就是希勒此次研究的主题。

猴子猴子告诉我，你的“金星”是啥样的？假如猴子会说话，这个问题就好办多了……但鉴于我们和这灵长类的亲戚无法进行语言交流，想知道“金星”的具体特征就需要依靠精巧的实验了。
希勒对猴子进行了特殊的训练，使它们在视野中出现两个点时，目光会移向更大更亮的点。这个巧妙的训练方法，和猴子目光的移动方向，成为判断“金星”特征的利器。
实验一：双目标实验——“金星”有多大？在这个实验中，猴子的视野里会先出现一个光点（对照点），接着对照点下方再出现另一个光点（实验点）。如果猴子的注视方向没有变化，说明实验点比对照点更小或者更暗；如果猴子的目光下移，则说明实验点比对找点更大或者更亮。
通过插入恒河猴V1区域的电极刺激，产生不同大小的“金星”让它们判断大小。猴子先生在重复的70多次实验后，“告诉”实验者们“金星”的大小约为9-26角分（衡量视野中光斑半径的单位），并且改变电流大小对“金星”的大小影响不大。

实验二：背景转换实验——“金星”是什么颜色？这组实验中，猴子的视野正中心会预设一个很小的光点（对照点），而电极激发产生的光点（实验点）在对照点下方。实验中视野的背景颜色会不停改变，当背景颜色与实验点不同时，猴子可以看到实验点，于是会一直盯着实验点看。一旦视野背景颜色与实验点相同，实验点将消失，猴子的目光便会上移，看着中心的对照点，每当这时研究人员就会知道激发产生的光点颜色即为当前的背景色。
同样经过70多次实验后，研究者发现“金星”其实色彩多变，但总体而言颜色比较暗淡，都是不饱和色，出现的颜色包括灰暗的粉色、蓝色、绿色、黄色等。不单调的色彩对于视觉恢复是个大好消息，假若技术研发成功，盲人们大有可能看到一个色彩还算丰富的世界。
希勒的终极目标是实现摄影机影像向电刺激的转换，使用一台电脑，一端连接摄像机，一端连接用以刺激人脑V1区域的电极，将摄像机拍下的景象转换成刺激人脑的电信号，让产生的“金星”组成相应的图像，让盲人以一种独特的方式“看见”这个世界。
他希望更好得了解人的大脑来帮助自己达成目标。但目前的研究进展还只是漫漫长路的第一步。倘若有一天这项技术得以实现，将会是一件多么美好的事——盲人眼中本不起眼的黯淡“星空”竟可以照亮他们的世界，让他们有机会看到真正的星空。

参考文献:

[1]	Schiller, P.H., et al., New methods devised specify the size and color of the spots monkeys see when striate cortex (area V1) is electrically stimulated. Proc Natl Acad Sci U S A, 2011. 108(43): p. 17809-14.

[2]	Brindley, G.S. and W.S. Lewin, The sensations produced by electrical stimulation of the visual cortex. J Physiol, 1968. 196(2): p. 479-93.

[3]	Dobelle, W.H., Artificial vision for the blind by connecting a television camera to the visual cortex. ASAIO J, 2000. 46(1): p. 3-9.

[4]	Tehovnik, E.J. and W.M. Slocum, Depth-dependent detection of microampere currents delivered to monkey V1. Eur J Neurosci, 2009. 29(7): p. 1477-89.

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