走近人工视觉技术 “电子眼”能否还失明者多彩世界
对于每一个视觉正常的人来说，面对多彩的世界已经习以为常，但是对于失明者来说，多彩的世界也许只是梦中的童话。
很久以前，科学家就探索如何让失明者看到世界，在众多研究中，逐渐接近实现的当属人工视觉技术。
近日，山西被挖眼男童的悲惨遭遇，也让人们再次把目光转移到人工视觉的进展上。2013年9月10日，小斌斌在深圳接受植入义眼手术，约一个月后植入“义眼片”，希望两至三个月后使用“电子眼”重新看世界。
这里的“电子眼”指的就是人工视觉。那么人工视觉技术有怎样的原理?这项技术进展怎样?这项技术真的能让失明者复明并看到彩色的世界吗?
北京大学物理学院现代光学研究所教授张家森表示，人工视觉就是通过体外摄像机和眼内植入的电路芯片把图像转换成电流刺激视神经，帮助失明者恢复视觉。
据报道，人工视觉的研究最早始于上世纪50年代。1956年，美国科学家塔斯克(Tassiker)发现在视网膜下植入光敏硒电池，可产生光感。 60～70年代，科学家通过一系列实验观察到视觉系统能被外界电刺激激活。对原发性视网膜色素变性研究发现，即使感光细胞受到破坏，视网膜内层组织仍存在具有功能的神经细胞来传递和处理信息。到80～90年代，科学家开始进行人工视觉刺激器的研究。目前，人工视觉刺激器主要包括视网膜刺激器、视皮层刺激器和视神经刺激器。
但是，张家森认为，与听觉这样单一通道的感觉器官不同，人眼是极为复杂的感觉器官，目前最先进的数码相机在对现实世界的还原上仍然与人眼存在巨大差距，人眼的分辨率超过世界上像素最高的相机。
因此，人工视觉的分辨率恐怕不及人眼。此外，摄像头是靠滤光片分辨色彩的，而视神经则有独特的色彩分辨模式，两者之间的转换是非常困难的，所以，人工视觉很难还原真实世界的色彩。
在北医三院眼科主任医师、教授王乐今看来，人工视觉还处于研究阶段，真正投入临床应用，至少要到20年后。因为将光信号转换成电信号再传入大脑中，是个极其复杂的过程，目前，国外曾有学者将人工视觉应用于临床试验，但被植入人工视觉的失明患者仅仅能够看到障碍物，并不能分清物体的形状和颜色。
2013年2月获得美国FDA批准的仿生人工视觉系统也只是让失明者看清光与影，可以区分物体的轮廓，但无法看到彩色的世界。
而即使是只能分清物体轮廓的人工视觉技术也不是针对所有失明者都有效的。北京大学工学院生物医学工程系研究员李长辉表示，如果患者的视神经没有被破坏，加一个传感器，把光信号转换成电信号刺激视神经，理论上是可行的。
但是，人的视神经并不是一根，而是有几万根，究竟刺激哪一根视神经可以实现对颜色的感觉，哪一根视神经可以实现对明暗的感觉，哪一根视神经可以实现对形状的感觉，目前还说不清。而且，当眼球被外力摘掉后，视神经的对应关系也被破坏了。
不过，北京大学人民医院眼科副主任医师石璇在她的一篇文章中介绍，国内科学家正在研制一种“电子视网膜”，通过手术，在失明者的视觉系统里植入一个只有5 毫米大小的电子刺激器，这种“电子视网膜”能代替视网膜，把外界世界传来的光信号“翻译”成生物电脉冲序列，成为大脑视觉处理器能接受的信号。这样，即使失明者失去眼球，仍然可以通过植入视觉假体恢复视力。
尽管如此，“电子视网膜”能否适应人体内的环境以及“电子视网膜”的寿命都是要进一步考虑的问题。
尽管人工视觉技术还有很长的路要走，但是随着科技发展，相信有一天，它将像假肢、人工耳蜗一样，让失明者也可以饱览世界的美丽。
眼内芯片助盲人复明
只要在眼内植入微型芯片，就可以帮助部分盲人恢复一定视力。德国图宾根大学艾伯哈特·茨莱纳教授带领的研究小组，最近公布了第二次眼内植入芯片恢复视力的临床测试结果：9位接受眼内芯片植入手术的失明患者，在经历3至9个月不等的观察期后，被证实重新获得了一定的视力。
接受手术的患者能辨别树木、家具、桌子上的餐具，以及夜间的车灯等物体，并可以根据距离的远近，自动适应调整。其中有两位患者的视力恢复程度，超过了第一次接受临床测试患者，另外3位患者还表现出了读认字母的能力。
接受该视力恢复治疗的病人，几乎都是遗传性色素视网膜炎引发的失明患者。目前，全球大约有150万人患有此种疾病。通常，人眼视网膜上的细胞能将进入眼球的光线转变成电信号，并通过视觉神经传递给大脑，大脑处理这些电信号后形成图像，从而“看见”外部世界。而患有先天性色素视网膜炎的患者，其视网膜细胞会在一定年龄后慢慢坏死，之后无法完成将进入眼球的光线转变为电信号的功能，人们就会因此失明。
茨莱纳教授研发的这种芯片，可以替代视网膜细胞的功能，将光信号转变成电信号，并通过视觉神经传递给大脑形成图像，完成视觉感知。因此，这种植入芯片治疗方法的前提是，必须具有完整的视觉神经系统，并且只对原来具有视觉感知能力的患者有效，因为大脑处理图像的能力，需要经过后天的锻炼和学习。
在此次临床测试中使用的芯片，大小为3×3毫米，含1500万像素，视野范围在11度至15度视角之间，能以黑白图像的方式区分9个灰度的轮廓，目前是全球唯一一款像素如此之高、且完全位于眼内的植入芯片，因此，眼球的运动可以参与到视觉感知过程中。
第一次临床试验于2005年在德国进行。当时有11名患有色素视网膜炎的患者接受了芯片植入治疗。参加治疗的患者在植入芯片几天后均获得了感知光线的能力，其中一位患者甚至能够辨认出字母。这些患者在3个月的观察期后即取下植入的芯片，因为医学上对长期植入该芯片会带来哪些副作用尚不确定。
人类获取的信息有80%来自于视觉。人的视觉系统非常复杂，因此，人类致盲的原因也分很多种：有的是视网膜坏了，有的是视神经出了问题;有的因老年性黄斑退化症致盲，也有的因糖尿病失明……如何帮助盲人复明，一直是医学专家们孜孜探索的课题。
大脑芯片、人造视网膜，以及后来出现的智能仿生眼镜和眼内芯片等，都是探索过程中不断出现的成果。随着材料学、微电子学和医学等学科的发展，对失明的治疗手段和效果也不断提升。尽管包括眼内芯片等一些最新成果离临床应用可能还有一段距离，但这些新的进展，无疑给广大盲人带来了“光明的前景”。
科学家将蝌蚪眼睛植入尾部治疗失明
据报道，从古到今，在孩子看来，妈妈的后脑勺上长着眼睛，因为他们无论背着妈妈做什么，妈妈似乎都知道。但如今，“后脑勺长眼睛”的事儿有望变成现实。科学家有史以来第一次证明，将眼睛植入到蝌蚪的尾部，眼睛仍然可以看东西。
这些研究人员把这一研究结果用“令人震惊”来形容。塔夫斯大学艺术与科学学院的生物学家指出，这一重大发现有众多深远影响，尤其对再生医学领域具有重要意义。
这项新研究的负责人迈克尔-莱文说：“异位眼和脊髓连接而不是直接连接到大脑时，接受蝌蚪依然能看得见事物，这种能力真是令人震惊。医学的首要目标是有朝一日用生物或人造更换部件恢复受损或缺少的感官结构。这项研究有许多深远意义，但从医学角度来看，它的主要意义是治疗失明等感觉障碍时无需和大脑建立特殊连接。”
生物学家在实验中通过外科手术取出捐赠蝌蚪的眼睛，然后把它们植入接受蝌蚪的尾部，诱发这些异位眼的生长。研究人员移除接受蝌蚪的天生眼，只留下和脊髓连接的异位眼。这些科学家用常见实验室动物非洲爪蟾的134个蝌蚪进行实验。
他们把这些两栖动物研究对象放在一个有水的碟中，用红光照射它的一半，用蓝光照射另一半，在有规律的时间间隔中调换这两种光。实验期间，不管蝌蚪何时闯入被红光照射的一半碟子，就会受到一个小小的电击警告。这个科研组获得令人兴奋的发现：19%以上视神经和脊柱连接的蝌蚪对光作出反应。蓝光刺激自然运动时，它们就游离红光。
研究人员用拥有完整天生眼的蝌蚪对照组进行实验，结果发现它们对光作出同样反应。但这种反应并没有在失明或没有受到任何电击的蝌蚪身上得到验证。莱文说：“我们的发现前所未有。没人会想到蝌蚪侧腹上的眼睛能看得见，尤其是在只把眼睛和脊髓而不是大脑连接时。”
